动物活动行为跟踪分析软件
Nodus EthoVision XT动物运动轨迹跟踪系统
Noldus EthoVision XT动物运动轨迹跟踪系统是以视频方式自动记录动物的自主活动、活动路径和自发精细行为，可边实时跟踪边分析，也可以导入已生成跟踪视频文件进行分析。适用于水迷宫实验、高架迷宫实验、放射迷宫实验、强迫游泳实验、社会交互实验等迷宫测试应用，是迄今为止在知名期刊的数千篇出版物中引用最多的视频跟踪系统。
设备名称： EthoVision XT动物运动轨迹跟踪系统
制 造 商：诺达思信息技术公司 产 地：荷兰
品 牌：诺达思/Nodus
型 号：EthoVision XT
商品报价：见［订购信息］
Noldus EthoVision XT动物运动轨迹跟踪系统是以视频方式自动记录动物的自主活动(activity)、活动路径形状（path shape）、运动（movement）、运动角速度（angular velocity），自动识别检测动物的梳理（grooming）体毛、跳跃（jumping）、进食饮水及僵直(freezing)等精细行为识别提供相关参数，并通过图表、图形、轨迹热像图等多种方法将结果可视化呈现。可检测追踪包括鱼类、昆虫和牲畜等在内的各种实验物种在观察区内的活动轨迹和动作行为。确保在不同环境条件下、不同实验场地、照明条件或跟踪多色动物的跟踪精度。既可以通过自由选择可测量参数进行实时跟踪测试，也可以导入已生成的跟踪视频文件进行分析获取实验数据。
EthoVision XT适用于水迷宫实验(Morris water maze, MWM)、高架迷宫实验(Elevated Plus Maze或Elevated Zero Maze)、旷场实验(Open Field Test, OFT)、放射迷宫实验(Radial-Arm Maze)、强迫游泳实验(Forced swim test, FST)、悬尾实验(Tail-suspension test, TST)、社会交互实验(Social Interaction Test, SI)等标准行为测试、鼠类家居行为活动观测、高通量斑马鱼行为轨迹实验等与动物学习与认知、焦虑抑郁、动物生物节律研究等神经科学动物行为实验研究。是全球研究人员的首选，是迄今为止在知名期刊的数千篇出版物中引用最多的视频跟踪系统。
性能特点
1）工作设置界面简便
设置快速简便，只需单击一个按钮即可访问的高级跟踪算法以及透明度和对研究过程的控制而著称。自动检测设置和直观的界面，具有批量视频数据获取及分析能力。
内置热区图和田间热图比例尺(Heatmap scale)功能，群组性参数统计及制图功能，便于缺少经验的用户可以快速上手，节省时间并增强用户体验。
用户在动物行为轨道图中自定义轨迹线的宽度，状态参数的最小和最大持续时间分析设定，实验对照和数据选择中的复制粘贴，操作设置与分析更灵活。
实验和硬件控制嵌套的时间窗口现可以超过24小时，方便了连续实时进行系列实验。
2）先进的深度学习跟踪算法
EthoVision XT采用卓越的检测方法和深度学习技术。无需复杂编码，只需单击一个按钮即可访问这些最先进的跟踪算法。
使用 GPU进行视频录制和播放，强大的深度学习身体位点检测功能，改进的被摄体轮廓滤镜(contour filter)和鼻子-尾部交换校正 ，便于在检测设置中使用自动设置来检测被摄体的鼻子-尾巴，极大降低CPU负载，提高运行效率和稳定性，可在数分钟内而非数小时获得到分析结果。
可支持同时在4 个观察区进行跟踪,同时跟踪多达4个视频源。
研究人员能够在带有系留设置，甚至在动物视线模糊的情况下有效跟踪动物。
3）高透明度过程控制
与其他作为“黑匣子”运行的行为软件工具不同，EthoVision XT支持使用JavaScript 代码创建因变量，跟踪后的手动评分时的动物身体位点可视化，研究人员可以根据他们认为合适的方式调整数据点，增强了实验过程全面控制力，确保研究过程的透明度和可靠性。
4）高通量和高内涵分析
EthoVision XT可以同时跟踪多达100个竞技场和最多16只动物。它提供了大量可用于分析的参数，包括实验持续时间、区域内时间、区域间距离、移动距离、速度等参数，从而提供对动物行为的全面见解。
5）硬件支持能力扩展
EthoVision XT 17.5版支持即插即用USB连接到Ugo Basile的条件恐惧室(fear conditioning chamber)，且同时连接多达4个条件恐惧室连接。
提供了用于Basler USB 3.0和 GigE 相机（Basler pylon 7.1.0 版）工业相机的最新驱动程序软件，支持 USB 和 IP摄像头以及GigE和USB3摄像头。
支持斑马鱼交叉迷宫(zebrafish cross-maze)应用的实验新模板。
6）、从Live Mouse 跟踪器导入和分析数据
小鼠活动跟踪器(Live Mouse Tracker, LMT)软件模块，可与巴斯德研究所的DIY硬件设置结合使用，可同时长期跟踪多达4个小鼠的社交互动。
动物运动轨迹跟踪系统EthoVision XT 17.5 现在支持直接从 LMT 导入数据并在EthoVision XT中进行分析，而不是在Python框架中对数据进行复杂处理。
对于每个实验可获得如下测试数据：
SQLite 格式数据库文件，方便复制/备份/恢复/共享，就像处理传统文件一样简单。
MP4视频视频中硬编码当前帧和当前日期/时间。MP4文件被拆分为10分钟片段存储在LMT中，即使在实验期间也可以播放 MP4，方便回放和找回特定事件。
背景视图文件（不包括动物）用于存储笼子的深度图像，对于研究老鼠如何在笼子中移动物体、它们如何组织巢穴或如何移动/吃掉食物非常有用。
可检测参数
1）Standard available parameters（标准可用参数）：
Velocity（速度）– 身体点单位时间内行进的距离。
Distance moved（移动的距离）– 身体点从前一个区位到当前区位所经过的距离。
In zone（区域内）– 具有两种可能状态（“in zone”）和“not in zone”）的离散变量，具体取决于体点是否位于特定区域（或一组区域）内。
Distance to zone（到区域的距离）– 身体点与特定区域（或一组区域）的边界之间的最短距离。
Distance to point（到点的距离）–身体点与特定目标点之间的最短距离。
Zone transitions（区域转换）– 动物在用户定义的区域序列（2 个或更多）之间移动的次数。
Zone alternations（区域交替）– 动物连续访问用户定义的区域数的次数（通常用于Y迷宫实验）。
Target visits and errors(目标访问和错误) – 错误和成功的数量，如Barnes迷宫目标区域或径向迷宫中的诱饵臂。
Heading to point（航向点）– 体点在一个样本和前一个样本之间的移动方向，相对于用户定义的点。
Heading（航向）– 体点在一个样本和前一个样本之间的移动方向，相对于坐标系中平行于 x 轴的线。
Turn angle（相对和绝对转弯角度） – 一个样本与上一个样本之间体点的移动方向变化。相对转弯角度考虑了转弯方向（顺时针或逆时针），而绝对转弯角度则不考虑。
Angular velocity（相对和绝对角速度）— 每单位时间物体点的移动方向变化（方向变化的速度）。相对角速度考虑了转弯方向（顺时针或逆时针），而绝对角速度则不考虑。
Meander（蜿蜒）– 是衡量轨迹曲折程度的指标。
Movement（移动）– 指示身体点的空间移动是否在用户可定义的速度阈值内。
Mobility state(移动状态) – 离散变量，有三种可能状态，“高度移动”、“移动”和“不移动”，用户可定义阈值。
Mobility continuous(连续移动性)
Rotation（旋转）– 动物顺时针和/或逆时针旋转的次数，其中可以自由选择旋转的定义（例如旋转 360°、180° 或 90°）。
Activity state（活动状态）– 观察区活动的持续时间。它根据用户可定义的活动和持续时间阈值计算四个级别的活动（高、活动、中等活动和非活动）。
Activity continuous（活动连续）– 观察区边界内活动的百分比。
Manually scoring events（手动评分的事件）– 手动评分的行为。
Free Interval – 用于自定义分析间隔持续时间、累积持续时间等。
2）Multiple Body Points Module（身体多个位点模块参数）：
Head direction（头部方向）– 在某个样品中，鼻尖指向的方向相对于坐标系中平行于 x 轴的线形成的最小角度。
Body elongation state(身体伸长状态) – 一个离散变量，具有三种可能的状态，“拉伸”、“正常”和“收缩”，用户可定义阈值。
Body elongation（身体伸长率）– 此参数表示每个用户定义的平均间隔内动物身体的伸长率。
Head directed to zone（头部指向区域）– 动物的头部指向特定区域或点周围的圆形区域的持续时间。
Body angle state(身体角度状态) – 动物在用户定义的间隔和用户定义的阈值上的体角，输出为四种状态：“笔直”、“弯曲”、“顺时针弯曲”和“逆时针弯曲”。
Body angle（身体角度）– 每个采样点的动物身体角度（相对或绝对）。
3）Social Interaction Module（社交行为模块参数）：
Subject between subjects（测试测试对象之间的距离）– 一种动物的身体点与另一种动物的身体点之间的距离。
Body contact(身体接触) – 两只动物的身体之间的接触。
Proximity(接近度) – 一个离散变量，具有两种可能的状态，即“接近”和“不在附近”，指示一种动物是否在另一种动物的附近，用户可定义阈值。
Relative movement(相对运动) – 描述动物相对于另一只动物的运动的离散变量，具有四种可能的状态;'moving to'、'moving from'、'no relative movement' 和 'no interaction'。最大交互距离可由用户定义。
Net weighted movement（净加权移动）– 两个测试测试对象之间从一个样本到下一个样本之间距离的有符号距离加权变化。
Weighed movement from(加权移动自) – 当动物（演员）远离另一只动物（接收者）时，测试测试对象之间距离的距离加权变化。
Weighed movement to(加权移动至) – 当动物（演员）向另一只动物（接收者）移动时，测试测试对象之间距离的距离加权变化。
4）Trial & Hardware Control Module（测试和硬件控制模块参数）：
Trial Control State(实验控制状态) - 实验期间发生的两个实验和硬件控制事件指定的时间间隔。
Trial Control Event(实验控制事件) - 一个没有持续时间的点事件，由实验和硬件控制的元素（条件、动作、规则、子规则或参考）定义。
Hardware variables(硬件变量) – 硬件事件可以是从动物运动系统发送到外部设备的命令（例如“drop pellet”命令）和硬件设备发回 USB-IO 盒/动物运动轨迹跟踪系统计算机的计算机的信号。可以分析这些信号并回答诸如“颗粒分配器掉落了多少颗粒”之类的问题。
4）Rat Behavior Recognition Module（大鼠行为识别模块参数）：
Drinking
Eating
Grooming
Jumping
Rearing supported
Rearing unsupported
Resting
Sniffing
Walking
Twitching（抽搐）
Behavior probability（行为概率）
Merged behavior(合并行为)
详细性能描述
1、Experiment options(实验选项设置)
跟踪可以用数码相机实时视频完成，也可以从现存的视频文件中提取获得。
可以将外部数据采集系统接入到EthoVision XT。
在一个或多个观察区中追踪，最多99个观察区。
跟踪每个观察区中一个或多个测试对象，最多有16个测试对象。
可以使用身体中心点跟踪，或重心、鼻子和尾根部。还可以根据颜色或颜色标记进行跟踪。
活动分析(Activity analysis)为根据像素变化分析每个观察区的总体活动，对于动物僵直(freezing)行为有用。
动物移动距离可以mm、cm、m或英寸为单位计量。
活动时间可以ms、s、min或Hr为单位计量。
动物身体的旋转可以度(degrees)、弧度(radians)或转数(rotations)为单位计量。
Manual scoring(手动评分设置)
手动事件记录器(Manual Event Recorder)是一个内置编码模块，可编辑生成一个测试行为列表，可以在数据采集期间（实时评分）和视频采集完成后（离线）手动评分。离线评分方便以较快播放速度进行评分,还可以编辑已评分的事件。可使用评分来触发实验和硬件操作控制。
Arena settings(观察区设置)
观察区是视频图像中跟踪动物的区域。实验中可以定义“区”包括：
arenas(观察区)；
zones(不同地带)；
cumulative zones(累积区域)：要用于累积分析的单个较小区带；
hidden zones（动物隐藏区）：用于避难所和属于隐藏区域的入口区域；
多个区域组(multiple zone-groups)：如果要在观察区中定义重叠区域，则应在单独的区域组中定义它们或使用累积区域；
感兴趣点(points of interest)
可以在观察区中定义无限数量的区域，并创建任何形状的区域。。
Multiple arena definition(多观察区设置)
当实验包含多个观察区时如使用多孔板，或一组open field迷宫或实验笼），可以用多观察区设置功能（multiple arena set-up functionality），无需单独绘制每个观察区。
在斑马鱼DanioVision实验中，自动观察区检测功能（automated arena detection）会自动检测标准化孔板中的每个孔。
Arena/zone auto-subdivision(观察区/区域自动细分)
此选项允许在多个相等区域中自动细分出圆形和矩形观察区，同时还对细分观察区进行自动标记。
Multi camera set-up(多相机设置)
此模式下，可以整合多部相机跟踪视频输入。这样可以同时对多个观察区同步跟踪。
Trial control options（实验控制选项）
EthoVision XT 基本版中这一选项，可以根据系统编程控制跟踪的自动开始和停止。允许在某一测试条件形成时启动另一个程序。如，系统在动物进入特定区域时，播放声音刺激。
通过额外的硬件控制模块，可以启动和控制动物与外部传感器和刺激设备之间的交互，完成复杂的学习任务，如带有自动控制门的放射状臂迷宫(radial arm maze)和使用颗粒分配器(pellet dispensers)的饲料投喂。
如果使用多个观察区，则控制条件将自动应用于每个单独观察区。
Tracking methods（身体跟踪方法设置）
跟踪方法指定在检测到测试动物后如何估计身体点数。
根据在 Experiment Settings 中指定的测试动物和身体点的数量，Advanced Detection Settings 的 Method部分中提供了一种或多种跟踪身体点的方法。
2、Detection settings（检测设置）
动物运动轨迹跟踪系统EthoVision XT 提供四种不同的检测方法：
Gray scaling （灰度缩放） – 将灰度值介于两个阈值之间的所有连接像素定义为可能的测试对象。
Static subtraction(静态减法) – 查看参考图像（不含动物）和新数字化图像（动物）中的像素之间的差异。
Dynamic subtraction（动态扣除法）– 查看参考图像和新数字化图像中的像素之间的绝对对比度，同时更新每个样本的参考图像。
Differencing （差异） – 在参考图像和当前图像中的像素之间进行统计比较。统计比较使用当前图像和参考图像之间的对比度方差，并确定每个像素的变化是否足以被视为测试测试对象的一部分。
Trial list（实验任务列表）
实验列表由计划、执行或跳过的实验组成，包括系统变量和用户定义的自变量。
3、data acquisition（测试数据采集）
动物运动轨迹跟踪系统EthoVision XT 提供五种采集方法。
1) Acquire data live(实时采集数据) – 实时跟踪最长实验期为 72 小时。不需要视频存储的磁盘空间，也不会创建视频备份。
2) Acquire data live and record video(实时采集数据并录制视频) – 实时跟踪并录制和保存MPEG4 视频文件。视频录制的最长实验持续时间为 3 小时。
3) Longer trials(更长实验期) – 要获得比上述更长的实验期，可以将多日测试拆分为多个实验。
4) Record video and acquire data(录制视频并采集数据) – EthoVision XT 将视频录制成 MPEG4 文件，可以稍后用于数据采集。
5) Acquire data from existing video files(从现有视频文件中获取数据) – 跟踪使用动物运动轨迹跟踪系统EthoVision XT 以外的程序录制的视频中的数据。
6) Acquire data from a batch of existing video files at once(从一批现有批量视频文件中获取数据) – 跟踪一系列预先录制的视频文件中的数据。
在选项 2 – 5 中，视频文件可与跟踪文件和分析结果相结合，用于采集后可视化。如果选择选项 3、4 或 5，则可以以比实际采样率更快的速率分析样本(具体取决于处理器速度)。
Acquire data with DAQ system（用DAQ系统采集数据）
使用单独的 DAQ 系统采集的外部数据可以与使用动物运动轨迹跟踪系统采集的跟踪数据同步。
当同时采集跟踪数据和生理数据时，动物运动轨迹跟踪系统EthoVision XT 会向外部数据采集系统发送同步信号。数据采集后，可以将生理数据导入动物运动轨迹跟踪系统EthoVision XT ，两个数据流同步。当实时跟踪数据或使用动物运动轨迹跟踪系统（选项 1 – 3）录制视频时，只能共同采集外部数据。动物运动轨迹跟踪系统EthoVision XT 为许多数据采集系统提供导入配置文件，例如 DSI 的 Ponemah 文件和 Polar 的 Precision Performance。
可选功能模块
EthoVision XT基础版（EthoVision XT Base）提供对所有基本跟踪方法的访问，完成实验从设置项目到详细的数据分析的所有阶段，可用于包括旷场实验，水迷宫和高架十字迷宫等的广泛实验。具有对大鼠、小鼠或斑马鱼等对象的身体中心点跟踪功能，适用于单只动物在观察区内的一段时间内的运动、活动和行为研究需求。
软件可以根据需求使用八个可用模块中的一个或多个来扩展功能。
1）多身体位点模块（Multiple Body Points Module, MBPM）
除跟踪原有的大鼠和小鼠身体中心点(center point)跟踪外，该模块还可以跟踪鼻尖(nose point)和尾根部(tail base)。
多体位点跟踪可帮助分析动物鼻子与某个物体的接近程度，动物头部指向的信息，用于任何类型的观察区和迷宫，可以在低对比度的情况下，可靠地检测和跟踪动物。如头部方向意味着动物对某个物体感兴趣，在新物体探察实验中具有重要参考价值。在高架迷宫的开放臂的进入和探查，可以帮助提高实验分析准确度。还可测量它们身体的伸长(elongation)和活动度(mobility)，获取更多动物行为数据。Multiple body points module （多个身体点模块） – 允许跟踪大鼠和小鼠的鼻子点和尾部基点，以及它们的身体中心。跟踪鼻尖可能对例如在物体识别测试中测量探索性行为感兴趣。使用此模块，还可以根据自己设定的阈值来测量动物身体的移动性和伸长率。这些参数可用于自动测量探索性和运动行为。
2）多观察区模块 (Multiple Arenas Module, MAM)
利用该模块可以同时追踪多达100 个观察区、每个观察区中一只动物的行为和运动轨迹。可以在系统中设置每个观察区实验开始和终止的条件，用一个摄像头，系统可以通过同时在4个，8个，16个旷场中分析动物行，或在 96 孔板中追踪斑马鱼苗，极大提高测试通量
3）社交交互模块(Social Interaction Module, SIM)
社会交互模块通常用于焦虑，攻击性，精神分裂症和其它精神疾病的研究中，这一模块可以让在每个观察区内同时跟踪多个动物。该模块可以在一个观察区内跟踪多只动物（可同时追踪多达 16 只动物），记录动物间的社交行为（social behavior）。它采用强大的深度学习算法，跟踪彩色标记的方式来实现这一功能。在鼠类中彩色标记可以作为身份标识，和多体位点模块联合跟踪鼻尖和尾根，获取多个社会交互参数，如可以根据实验对象的身体轮廓来测量接触，分析动物近距离（proximity）和身体接触（body contact）的时间，动物离开另一只动物所花费的时间，鼻尖间的接触次数、动物彼此间移动、在一定距离范围内两个动物停留时间等，这对某些研究非常有价值。
4）行为识别模块(Behavior Recognition Module, BRM)
传统观察实验中，观察人员需要人工辨识老鼠的行为，这一过程耗费时间，难以重复观察，并且是主观的。
行为自动识别模块可以客观、准确地识别鼠类的梳理毛（grooming）、饲养（rearing）、挖掘（digging）和嗅探（sniffing）等10多种主要行为，并且可以重复观察，提高实验的准确性。
5）三维跟踪模块（Track 3D 3DM）
允许研究人员记录动物在测试室中的运动，在三维图像中可视化生成的轨迹，并计算许多运动参数。如需要从三维对动物（例如鱼或昆虫）进行跟踪，则可以使用三维运动轨迹跟踪系统将来自上方和侧方摄像机角度的跟踪数据组合成为三维运动轨迹，进行可视化和分析。
6）外部数据模块(External Data Module, EDM)
生理数据（例如心率，血压和神经元活动）以及其它外部数据（例如发声和环境温度或湿度）都可以为的行为数据添加有价值的信息。EthoVision XT动物运动轨迹跟踪系统外部数据模块
集成使用DSI遥测技术或其他生理数据和动物运动轨迹跟踪系统数据同步化(synchronize)，这一其它外部数据功能在如恐惧实验等测试中非常有用。
该系统还可以控制灯、颗粒分配器、门等设备，或创建自己的操作性条件反射实验,还可以控制光遗传学刺激(optogenetic stimulation) 操作集成到的研究中。
7）实验和硬件控制模块(Trial & Hardware Control Module, THCM)
实验和硬件控制模块可以通过动物运动轨迹跟踪系统控制外部设备，在创建实验操作方案中，包括启动和控制实验动物和外部感应器及刺激装置之间互动。例如，制定实验方案中，当小鼠进入放射迷宫的正确臂时，系统会自动落下食物。动物在水中停留特定时间或移动特定距离后，自动升降水迷宫的平台等，便于制定更复杂的实验方案。自动化硬件控制模块实现实验研究工作的全自动化，将实验过程简单化，并且提高实验结果的可靠性和有效性。
8）良好实验室操作模块 (Quality Assurance Module, GLPM)
该模块与大型制药公司的实验室研究人员共同开发。该模块可为不同用户授予不同的使用权限。保证只有被授权的人才能启动程序。在整个实验过程中所做的备注和更改的操作将被全部记录下来。可以帮助遵循实验良好实验室规范 (GLP)进行研究，保护的数据，并创建项目过程中所有活动的日志文件，符合21 CFR Part 11部分的电子记录法规和电子签名规定。
订购信息
Noldus EthoVision XT动物运动轨迹跟踪系统基本工作配置由EthoVision XT Base software、camera (e.g. GigE, USB3, IP)和计算机工作站组成。可选组件有测试专用照明光源（backlight unit）、各种测试迷宫、斑马鱼实验观察装置（DanioVision Observation Chamber）、第三方数据采集单元和成像工作台等。
当进行实时跟踪一个观察区内的多只动物时对计算机处处理性能有一定要求。系统运行的电脑工作站配置要求：
Windows 10 or 11 Pro (64-bit)；
Dell Precision 3650或更高配置（CPU Intel Xeon Core i7, Quad core 3.5 GHz，16 GB RAM，NVIDIA GPU (minimum NVIDIA T1000 4GB)；
500 GB固态硬盘 (for data collection)+1 TB 机械硬盘(用于存储实验视频文件)；
进行系统深度学习所需配置的图像显示卡 (neural network tracker)可采用GPU：NVIDIA Quadro P2200/5 GB GDDR5X（version 512.15）、NVIDIA RTX A2000/6 GB GDDR6(version 528.02)、NVIDIA T1000/4 GB GDDR6(version 517.37)。
品名 | 品牌 | 货号 | 规格 | 描述 | 报价 |
EthoVision XT 基础版 | Nodus | EVXT-BASE | Set | Animal Behavior Tracking software Including： EthoVision XT 17.5 Base Modules | 询价 |
EthoVision XT多区分析版 | Nodus | EVXT-MAM | Set | Animal Behavior Tracking software Including： EthoVision XT 17.5 Base Modules Multiple Arena Modules | 询价 |
