昆虫行为和生理研究新方法——VISIR动物行为观测分析系统案例

对于研究动物行为的学者，尤其是昆虫学家，怎样观察动物的行为是个令人头大的难题，主要在于定位个体和整个生命周期的持续观察。当研究者需要对行为做定量分析时难度又增加了一层。为此，北京易科泰结合了可见光成像（VIS）和红外热成像技术（IR），推出了VISIR动物行为观测分析系统。该系统具备视频跟踪、行为分析、温度测量成像等多重功能，能够有效克服上述动物行为学研究中碰到的现实问题，动态测量和记录昆虫的行为、体温，帮助揭示环境胁迫下昆虫的行为响应和生理响应。

VIS成像：对单一背景中的昆虫，使用高空间分辨率、高帧频的数码摄像头录制数码视频，并通过专业的动物行为观测分析软件在计算机上基于反差法或者背景减除法，对视频中的目标动物进行行为分析。 

IR成像：使用高空间分辨率的、高温度灵敏度的红外热成像相机录制视频，对昆虫的各个部位进行测温成像，分析其行为过程中的体温调节机制和生理响应。 

我们可以通过以下几个案例了解VISIR技术在昆虫或甲壳动物的行为、生理研究的应用：

研究案例1 生态毒理学研究（VIS）

苯甲酰爱康宁（BE）是公认的人体中可卡因代谢物，可通过尿液等进入生活污水，排放后进入地表水，对水生动物和水生态系统造成威胁。Parolini等人从生物分子、个体、种群等水平研究了BE对大型溞的影响，发现与水生生态系统相同剂量的BE会引起大型溞的氧化应激，抑制乙酰胆碱酯酶的活性，影响个体的游泳行为和繁殖。其中个体水平的游泳行为便是使用了VIS的方法，借助动物行为观测分析软件自动计算了活动时间和游泳速率。

研究案例2 杀虫剂效果评估（VIS）

C. Dye等人使用风洞系统和VIS技术研究了暴露于挥发态和液体喷剂中的炔丙菊酯的飞行行为差异，发现液体喷剂能够显著增加蚊子的飞行次数、转向率、平均移动速率和飞行速率，杀蚊效率高。而挥发态的炔丙菊酯对蚊子飞行行为的影响与对照组并无差异。 

研究案例3 昆虫冷适应机制研究（VISIR）

在昆虫的冷适应行为及生理学研究中，红外热成像更能克服扫描量热法、热电偶等传统手段必须保证实验昆虫静止不动的弊端，动态测量和记录昆虫的行为、体温。

如Christopher等人使用红外热成像技术研究了高山采集的蝎蛉的冷适应过程、行为响应和生理响应，证明红外热成像技术能够提供的大量生理学信息，如过冷却点、致死低温等，且该手段获取的信息因为不会限制昆虫的运动、更接近自然环境，因而更加具有生物学意义。   

研究案例 4 比较生理学研究（VISIR）

Helmut Kovac等人结合了红外热成像技术、可见光成像技术以及SSI的昆虫呼吸代谢测量系统对两种欧洲黄蜂的体温和新陈代谢进行了研究，证明了在不同温度环境条件下，两种黄蜂对温度的耐受性不同，其体温调节方式决定了对不同地域的适应性。

如下图中使用了VISIR技术观察了不同温度条件下黄蜂的行为，发现高温环境下黄蜂常常会将头部伸到温度较低的蜂巢中进行降温。  

VISIR动物行为观测分析系统

北京易科泰生态技术有限公司为您提供陆生昆虫行为和生理研究专用的VISIR系统——VIS动物行为分析系统+IR红外热成像系统。

VIS动物行为分析系统由专用数码相机、专业的动物行为分析软件、红外光源板、动物活动室/池等组成。记录昆虫随时间变化的行为轨迹（X坐标和Y坐标），并自动计算数十项行为参数，如移动距离、速度和速率、加速度、移动方向、取向、移动方向和取向变化速率、活动/非活动时间和比例、个体间距离（IID）、区域访问次数和停留时间等。该系统还具备以下特点：

l 专用的数码相机：高空间分辨率、高帧频，满足mm大小的、快速移动的甲壳动物、昆虫的监测需求。相机特殊的滤波片设计，能够配合红外光源板，在黑暗条件下也能记录动物行为，满足昼夜节律相关的处理要求。

l 3D行为分析：可提供3D行为分析的配置，实现3D跟踪、分析和模型输出。

l 高通量监测：可跟踪24、48或96孔板的生物体

l 功能强大的分析软件：具备多种基于反差法和背景减除法的过滤功能；可跟踪多个身体点（质心、头、中线中心、尾）；可将输出结果叠加在原文件上显示，具备丰富的图表功能（包括热图、个体间距离和个体间最近邻近距离）；用户自定义跟踪时长，无需整个文件全部跟踪。

IR红外热成像系统由专用红外热成像相机、智能软件等组成。

红外热成像相机，具备高温度灵敏度（0.03℃），高于0.03℃的温度差异即可分辨出来，对于变温的昆虫尤为重要；具备高空间分辨率（640×512），成像清晰，效果好。USB3.0连接到电脑，便携不需组装，简单识别即可使用。

智能软件集合了热成像采集和分析软件的功能。除了能够自动识别和配置地址，快速稳定地连接相机外，还包含多种调色板和测量工具，可实现点、线、面的动态测量和直观呈现。