小鼠视觉悬崖实验系统

一、系统介绍

小鼠的视觉悬崖（Visual Cliff）实验是心理学和神经科学中用于研究深度知觉、空间感知 及风险决策的经典范式。该实验最初由心理学家 Eleanor J. Gibson 和 Richard D. Walk 设计（1960 年），主要用于测试动物是否具备深度感知能力，以及如何应对视觉上的“悬 崖”边缘。

装置结构由两部分组成：

“浅侧”：图案紧贴玻璃表面，形成视觉上的“安全地面”。

“深侧”：图案位于玻璃下方一定深度，形成视觉上的“悬崖”（尽管玻璃板实际可支撑重 量）。

二、系统组成 小鼠视觉悬崖实验系统包含多种主要功能模块：

1. 视觉追踪软件
2. 小鼠视觉悬崖装置
3. 摄像机

三、技术特点

3.1 新一代行为识别算法

系统拥有多种功能强大的动物检测及消除噪音的检测方法，可以应付几乎所有的复杂实验环 境下的行为实验，支持 Animal Size 动物的大小、Animal Color 动物颜色与背景差（黑- 白、白-黑、杂色-变化背景等），同时支持自动阈值、手动阈值、复杂阈值（既白又黑）、 头部朝向阈值等：

1. 智能识别法，适用于新手实验员，能够快速、准确、自动识别实验动物
2. 灰度法，适合光线稳定，实验环境背景与被检测动物色差明显的实验
3. 静态背景法，适合实验环境背景不均衡，亮暗不明，但背景相对固定的实验
4. 动态背景法，适合实验环境背景不均衡，亮暗不明，且背景会微弱变化的实验
5. 微积分法，适合环境背景复杂，光线微弱，动物颜色与背景差异较小的实验
6. 色度法，适合颜色辅助标记的实验
7. 深度学习模型法，可以准确识别任何复杂场景下的动物的关键点

3.2 多体位点识别技术

软件对动物形体进行全局分析，以检测鼻尖（Nose position）、前部躯体中心（Forebody Center）、身体中心（Animal Center）和尾根（Tail Base position）、四肢点等多个特 征点，并据此分析动物行为。

多体位识别

三点识别

3.3 外部输入输出控制与触发功能（选配）

将行为与生物信号（脑电图、血压、神经元活动、超声波发声）和实验刺激（声音、光、电 击等）整合。小鼠视觉悬崖实验系统利用智能的触发选项功能，可以自定义 Event 和 Action， 实现自动开始分析、停止分析以及暂停分析、恢复分析等功能。系统可以依据行为条件发出 TTL 信号的控制命令，自动控制外部硬件，例如控制光遗传装置。

3.4 GLP 实验模块

系统包含了 GLP 模块（GLP Module），可以实现用户权限、用户策略分配，系统自带管理员 模式、审阅用户模式以及实验员模式，对应有不同的软件使用权限，并可以导出符合 GLP 要求的操作日志表以及审阅日志表，同时可以开展动物行为“双盲”实验。

3.5 全面实时功能

软件具有全面实时功能，可以实时显示插件窗口，用以实时显示动物的跟踪状态，判断是否 准确跟踪；Event 窗口，实时显示动物跟踪分析过程的精细行为事件；Result 窗口，实时显 示指标测量结果；

3.6 实验复检功能

软件提供复验功能，即对检测的事件可以通过点击来自动回/播放相应事件对应的视频，便 于校验；可调整分析参数，对实时分析时录下来的视频/轨迹点进行重新分析以改进分析结 果，而无需重做实验重新记录视频/分析视频；

3.7 区域进入判断标准

提供多种动物进入区域判断标准：中心点进入、身体面积进入以及体位点判断进入，同时可 以自定义相关判断标准的阈值，动物处在不同的实验容器中，我们需要更换不同的判断标准 来提供实验的可信度和准确性。

四、数据管理功能

4.1 实验指标统计

小鼠视觉悬崖实验系统支持分段检索数据、分组统计数据以及轨迹筛选功能，能够让用户在 不使用第三方软件的情况下，也可以得到强大的统计处理功能，可以计算选中指标的方差和 标准差，绘制并导出相应指标的直方图。系统可自动计算平均值、最大值、最小值、标准偏 差、标准误差、方差、潜伏期等数据，可自动生成饼图、曲线图，柱状图等。

4.2 可视化图表

小鼠视觉悬崖实验系统提供了多种形式的动物活动轨迹可视化展现方式：实验结果保存形式 包括：文字报告、图表报告、轨迹动画、轨迹图、热图/3D 热图/活动量图/区域偏好指数图 等；能够生成动物运动轨迹的热区示意图 Heatmap，并且可对热区图进行编辑。

五、AI 增强模块

小鼠视觉悬崖实验系统采用了上海欣软信息科技有限公司自主研发的 AI 增强技术，可以实 现复杂背景下的准确追踪，即使实验背景是黑白方格，也不影响软件的追踪，追踪准确率可 到 100%。