遗传发育所动物行为的人工智能分析:家犬尾巴的左右偏侧化摇摆反映其与测试人员的熟悉程度

  • 遗传发育所 (中国科学院遗传与发育生物学研究所)
  • 创建于 2022-07-28
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  动物行为是大脑功能的展示。传统的动物行为分析主要基于影像采集和运动特征的人工分析,因而分析的精度低,效率也低。近年来,计算机视觉领域在姿态估计、三维重建和行为识别方面取得了迅猛的发展,为研究不同动物和在不同条件下的动物行为提供了新的分析手段。社会行为对于动物个体的生存非常重要。社会行为不仅涉及物种内的互动,也涉及跨物种间的互动。家犬的尾巴摇摆是在犬与犬、犬与人之间互动的重要社会行为。 

  2022年7月7日,中国科学院大学博士生导师、中国科学院遗传与发育生物学研究所张永清研究员团队联合中科院自动化研究所余山研究员,以及中科院深圳先进技术研究院蔚鹏飞研究员在Cell出版集团主办的iScience杂志在线发表了题为“Left-right asymmetry and attractor-like dynamics of dog’s tail wagging during dog-human interactions”的研究论文。该研究基于深度学习的运动追踪技术提取和分析了家犬与人互动过程中家犬尾巴的运动轨迹。他们发现,与人类个体的特征指纹和步态相似,每只家犬都表现出独特而稳定的摇尾特征。且在三天的家犬与人互动过程中,尾巴摆动逐渐从自身左侧向右侧偏移,表明家犬尾巴摇摆的偏侧化是一个代表社会熟悉程度的敏感指标。与不熟悉的人互动时,狗的尾巴摇摆偏左,而与熟悉的人互动时,尾巴的摇摆偏右。此外,该研究还首次发现家犬尾巴摇摆由具有稳定摇摆轨迹的吸引子状态和不稳定的过渡状态构成。这些结果共同揭示了家犬在与人类互动过程中尾巴摇摆行为的复杂特征和组成规律,为研究家犬的社会行为和潜在的神经机制提供了一个特有的实验范式。 

  国科大博士生任炜(培养单位:遗传发育所;导师:张永清研究员)为论文第一作者,张永清研究员和余山研究员为论文的共同通讯作者。中科院深圳先进技术研究院蔚鹏飞研究员指导了数据分析。本研究得到了国家重点研发计划、中国科学院战略性先导科技专项、中国科学院青年创新促进会、北京市科学技术委员会、国家自然科学基金委等项目的资助。 

图:随着人犬互动的增加和逐步熟悉,家犬尾巴的摇摆逐渐
从左侧偏侧化转向右侧偏侧化(图上半部)。家犬尾巴的摇摆
表现类似吸引子的动态变化(图下半部)。 

责任编辑:脱畅