Okospajta – csúcstechnológiás laboratórium állatcsoportok tanulmányozására

A viselkedéskutatás egyik fő korlátja, hogy a kutatók laboratóriumban – erősen ellenőrzött, de gyakran végletekig leegyszerűsített és kicsi környezetben – tanulmányozhatják az állatok viselkedését, vagy a vadonban, nagyrészt ellenőrizetlen körülmények között. Emiatt a viselkedés számos aspektusának tanulmányozására nem volt korábban lehetőség, beleértve a kollektív viselkedés egyes megjelenési formáit – az állatok csoportos mozgását és köztük lévő kölcsönhatásokat, amelyek a sokszor összetett társas életük hátterében állnak.

Mi szükséges ennek a megoldásához? Először is egy hely, ahol elég nagy a tér. Másodszor, a legkorszerűbb technológia. A Max Planck Állatviselkedéstani Intézet és a Kostanz Egyetem kutatói, az ELKH-ELTE Lendület Csoportos Viselkedés Kutatócsoport vezetőjével együttműködésben egy korábbi istállót a legmodernebb technológiai laboratóriummá alakítottak át komplex viselkedéselemzés céljából, ahol az állatcsoportok bonyolult viselkedését tanulmányozhatják – számol be erről a rangos Science Advances folyóirat legújabb cikke.

Az állatok csoportos viselkedésének alapos vizsgálatára szolgál ez az új, okospajtának, vagyis SMART-BARN elnevezett létesítmény. A videó magyar felirattal is megtekinthető.

A SMART-BARN egyben egy angol betűszó, mely a skálázható multimodális aréna nagy számú állat valós idejű viselkedésének nyomon követésére szavak rövidítése. "Ez egy új eszköz, amely lehetővé teszi az egyedek összetett viselkedési jellemzőinek vagy az állatcsoportok, például rovarok, madarak vagy emlősök közötti kölcsönhatások tanulmányozását" - mondja Nagy Máté, az ELKH-ELTE Lendület Csoportos Viselkedés Kutatócsoport vezetője, az ELTE Biológiai Fizika Tanszék munkatársa, aki Hemal Naik, informatikussal és Iain Couzin intézetigazgatóval, valamint további munkatársaikkal együtt fejlesztették ki a SMART-BARN-t. A csapat nagyon sokrétű volt: biológusok, fizikusok, mérnökök és informatikusok közösen fejlesztették.

A galambokon elhelyezett jelölések a csoportos viselkedés tanulmányozását szolgálják. Az állatoknak semmilyen fájdalmat nem okoznak a rajtuk elhelyezett jelölések. Fotó: Christian Ziegler

„Nagy áteresztőképességű mérési technikákat alkalmazunk, mint például az optikai és akusztikus nyomkövetés, amellyel az állatok pontos 3D-s helyzetét és testtartását tudjuk tanulmányozni, és kiszámítani akár azt is, hogy merre néznek” - magyarázza Nagy Máté. Az új létesítmény használói a rendszer moduláris jellegének kihasználásával rugalmasan hajthatnak végre sokféle kísérletet.

Számít a méret?

„A SMART-BARN-t úgy terveztük, hogy növelje a tipikus beltéri viselkedési kísérletek skáláját a terület, a térfogat, a mért viselkedési jellemzők és a csoportok méretének tekintetében” – mondja Hemal Naik, majd hozzáteszi: „Ez azt jelenti, hogy a kutatók korábban nem látott viselkedési repertoárt mérhetnek, mivel az állatok számára elég hely áll rendelkezésre." A létesítmény – az állatok méretétől függően –

egyidejűleg akár 100 állat befogadására is képes, és új, jellemzően beltéri környezetben nem vizsgált fajokra is kiterjeszti a kísérletek lehetőségét.

„Sőt, akár úgy is méretezhetünk, hogy több ezer állattal is működjön” – teszi hozzá Iain Couzin. „Nemrég végeztünk egy vizsgálatot a Képalkotó Hangárban, ahol 10 000 sáskát követtünk nyomon. Ez lehetetlen lett volna a SMART-BARN technológiája nélkül.”

Az okospajta érzékelőrendszerét tesztelő kutatók: balról Fumihiro Kano és jobbról Nagy Máté.
Fotó: Mathias Günther

Mire használható a SMART-BARN?

Már eddig is több, különböző kísérletben használták a SMART-BARN-t, amelyekben olyan különböző alanyok vettek részt, mint a galambok, seregélyek, lepkék, denevérek vagy akár emberek. "A létesítményen keresztül fontos új interdiszciplináris együttműködések jönnek létre. A SMART-BARN például lehetőséget kínál a madarak 3D-s tekintetének és testtartásának nyomon követésére egy tíz vagy több fős csoportban, miközben a kísérletvezetők folyamatosan tudják, hogy melyik madár melyik. Ezt a technikát a kutatók arra használhatják, hogy feltárják a tekintet szerepét a döntéshozatalban" - részletezi Hemal Naik.

Az okospajta okoseszközökkel felszerelve. A drón akár automatikusan berepülheti egy madár pontos pályáját. Fotó: Christian Ziegler

A SMART-BARN-t az állatviselkedés kutatásán kívül használják az informatikusok is új számítógépes látás és mesterséges intelligencia alapú algoritmusok fejlesztésére, amelyek többek között megkönnyítik a jelöletlen állatok 3D-s nyomon követését. „Módszerünk egy még nagyobb rendszert eredményezett a Konstanzi Egyetem Képalkotó Hangárjában, amellyel nyomon követhető robotrajok vagy több ezer rovar” – mondja Iain Couzin.

Az okospajta megálmodóinak célja, hogy a létesítményt más kutatócsoportok is használhassák a csoportos viselkedés aktuális kérdéseinek tanulmányozására. Fotó: Christian Ziegler

„Összességében az alkalmazási lehetőségek olyan sokfélék, hogy annak csak a képzeletünk szab határt” - összegzi Nagy Máté. A csapat úgy képzeli, hogy a létesítmény olyan együttműködési hely lesz, ahol a világ minden tájáról érkező kutatók közösen kutathatják a csoportos viselkedés érdekes kérdéseit.

A publikáció adatai: Máté Nagy, Hemal Naik, Fumihiro Kano, Nora V. Carlson, Jens C. Koblitz, Martin Wikelski, Iain D. Couzin: SMART-BARN: Scalable Multimodal Arena for Real-time Tracking Behavior of Animals in large Numbers, Science Advances.

A kutatást többek között a Konstanzi Egyetem Kiválósági Központja, a Max Planck Állatviselkedéstani Intézet, az ERC, a Horizont 2020 keretprogram, a Magyar Tudományos Akadémia, a Lendület Program és az Eötvös Loránd Tudományegyetem finanszírozta.