如何捕捉鱼类的三维游动模式

我们已经了解到，斑马鱼与人类的共同之处远比看上去的要多，这就是为什么它们成为神经科学研究的“首选”模型。但一个明显的区别仍然存在:我们走路，它们游泳，这意味着三维运动。因此，虽然从一个摄像机角度(如上图)的视频跟踪可以给我们很多关于人类(或啮齿类动物)运动的信息，但从三维(深度)的所有信息都是完全错过了单摄像机跟踪。

3D跟踪会有所不同

艾伦·卡鲁耶夫实验室的研究人员证明了这一点四年前在一些研究中，跟踪深度真的会产生影响。在研究已知的抗焦虑药和促焦虑药的不同效果时，他们发现3D跟踪揭示了斑马鱼行为上更明显的差异，当你将观察限制在2D视频跟踪时，甚至无法检测到一些行为影响。

那么为什么我们现在不都用3D来追踪呢?当然，还有一些障碍:计算能力、设备和空间限制等等。但是，正如我已经在这篇博客在诺德斯，我们一直在与卡鲁耶夫实验室合作，改进一个名为Track3D的软件程序。这个革命性的计划带来了一些非常有希望的结果，现在发表在神经科学方法杂志。

Track3D的卑微起源

Track3D并不是全新的;事实上，它最初被设计用来跟踪风洞里昆虫的运动。多年来，研究人员发现了该软件的新应用，并从更新的技术中受益。目前，先进的数据处理、高分辨率相机、校准方法和高度先进的软件程序的组合提供了一种可靠的方法来跟踪斑马鱼在X、Y和Z坐标的运动，正如卡鲁耶夫实验室在他们的最新出版物(Stewart等，2015）.

新型坦克测试:使用Track3D进行验证

在这项研究中，将3D跟踪结果与人工观察斑马鱼在一种新型水槽测试中的行为进行比较，在使用精神药物尼古丁、LSD和PCP后。结果显示与这些药物的已知表型、手动跟踪方法和之前出版物(Cachat et al.， 2011和Cachat et al.， 2013)中的3D图兰方法有很强的相关性。此外，通过3D跟踪，研究人员能够发现2D跟踪可能遗漏的行为模式。例如，3D的角度变化(3D轨迹中每个点相对于前一个点的速度矢量变化)在PCP中显著升高，但在lsd治疗的动物中没有。在尼古丁处理过的斑马鱼中观察到“壁”在表面游动;这两种行为在传统2D中都很容易被忽视。

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将数据合并到3D轨迹时的结果可视化示例。

3D跟踪的挑战

设置3D跟踪系统需要调整实验设置。在3D中跟踪需要两个同步的摄像头，并且测试场地必须根据现实世界的尺寸进行校准。在这个实验中，第一个挑战由诺杜斯的MediaRecorder该软件可以自动同步多个视频源。校准是通过使用一个特别设计的带有标记的装置，放置在测试槽中进行的;所有其他计算都发生在Track3D软件在捕捉到视频跟踪后。

3D跟踪过程

首先，两个同步的视频都被追踪到了EthoVision XT视频跟踪软件，因为每个视频的实际跟踪都是二维的。结果的EthoVision XT数据输出然后在Track3D(功能作为EthoVision XT的一个附加模块)中组合，以获得一个3D轨迹，该轨迹的可视化和分析。将两个2D轨迹组合到这个3D可视化中，并使用数据点进行分析，可以比单独从2D轨迹收集更多的信息，正如在当前的方法学文章中所看到的那样。

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未来

3D跟踪在未来有很大的前景，特别是考虑到药物表型研究中斑马鱼研究的数量不断增加。如果你想了解更多细节，我建议你阅读下面列出的出版物。如果你觉得3D跟踪对你的实验室可能很有趣，请联系你们当地的销售代表。

阅读更多

• Soleymani, a;Cachat, j .;罗宾逊,k;道奇,美国;Kalueff前任所长A.V.;韦贝尔,r (2014)整合时空跨尺度分析对行为运动进行分类．空间信息科学学报，8,1-25。
• 斯图尔特,点;f·格雷科;Tegelenbosch R.A.J.;Kyzar E.J.;阮,m;Kaluyeva, a;歌,c;Noldus L.P.J.J.;Kalueff前任所长A.V.(2015)。一种新的成年斑马鱼运动分析3D方法:CNS药物诱发表型自动检测的意义。神经科学方法杂志，255, 66 - 74。
• Cachat, j .;斯图尔特,a;之际,大肠;哈特,p;Gaikwad,美国;黄,k;Kyzar大肠;吴:;Kalueff前任所长A.V.(2011)。成年斑马鱼行为的三维神经表型研究。《公共科学图书馆•综合》，6 (3), e17597。
• Cachat J.M.(2013)。开发与人类大脑疾病相关的复杂表型斑马鱼模型。神经科学，杜兰大学:新奥尔良，2013:150。