AI-система SBeA визуализирует 3D-социальные взаимодействия животных
Точный количественный анализ поведения нескольких животных играет ключевую роль в изучении сложных социальных взаимодействий, что важно для нейронауки и экологии.
В исследовании, опубликованном в Nature Machine Intelligence, учёные из Института познания и заболеваний мозга (BCBDI) Шэньчжэньского института передовых технологий Китайской академии наук представили AI-фреймворк Social Behavior Atlas (SBeA). Он использует обучение с малым количеством примеров (few-shot learning) для 3D-оценки поз, идентификации особей и анализа поведения в группах животных.
Хотя современные методы глубокого обучения (multi-animal DeepLabCut, SLEAP, SIPEC) улучшили возможности анализа сложного социального поведения, их применение ограничено необходимостью в больших размеченных наборах данных.
В этой работе учёные разработали алгоритм COCA (continuously occluded copy-paste algorithm) как универсальный инструмент для аугментации данных. Он позволяет сократить объём размеченных данных на этапе оценки поз до примерно 400 кадров — что эквивалентно аннотациям для одного животного. COCA помог SBeA достичь более высокой точности, чем современные методы. Кроме того, SBeA может реконструировать 3D-позы социальных животных в сочетании с массивом камер.
Предложенное в SBeA двунаправленное трансферное обучение (bidirectional transfer learning) позволяет распознавать идентичность каждой особи во время взаимодействия без ручной разметки. Это решает проблему путаницы в идентификации для животных со схожей внешностью.
3D-позы с идентификацией далее декомпозируются и кластеризуются с помощью неконтролируемой классификации социального поведения в SBeA, которая не требует предзаданных категорий.
SBeA помогла исследователям выявить неопределённые ранее тонкие модули социального поведения у мышей-мутантов Shank3B — модели для изучения расстройств аутистического спектра. Это указывает на существование неизвестных нейромодуляционных механизмов, лежащих в основе тонких социальных поведений. Помимо мышей, SBeA эффективно идентифицирует тонкое социальное поведение у других видов, таких как птицы и собаки. Нейронаука и экология получат пользу от точного количественного анализа социального поведения животных, предоставляемого SBeA.