A video tracking system for detecting and restraining movements of freely moving rodents
Serbestçe hareket eden kemirgenlerin hareketlerini tespit etmek ve kısıtlamak için video takip sistemi
- Tez No: 785959
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHMET KOCATÜRK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Biyomühendislik, Mühendislik Bilimleri, Nöroloji, Bioengineering, Engineering Sciences, Neurology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Medipol Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Biyomedikal Mühendisliği ve Biyoenformatik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 45
Özet
Kafa sabitleme, kemirgenleri sınırlandırıp bir ekrandan görsel uyaran almalarını sağlamak için yararlı bir yöntemdir. Bu teknik, görsel uyaranların deneğe uyanıkken iletilmesini garanti etse de, davranışsal çalışmalarda fiziksel kısıtlamanın yarattığı stres çoğunlukla göz ardı edilemez. Ek olarak, teknik, konuyu ele almak için uzmanlık ve incelenecek davranışsal görev sırasında deneğin yeterince sessiz kalmasını sağlamak için birkaç gün hatta haftalarca aşamalı eğitim gerektirir. Bu çalışmada, serbestçe hareket eden farelerin hareketlerini kısıtlamaya izin veren ve olumlu ve olumsuz pekiştirmeler kullanarak bir PC monitöründen görsel uyaranlar almalarını sağlayan bir yöntem sunuyoruz. Sistem temel olarak deney ortamının üzerine yerleştirilmiş bir video kamera, kameradan alınan video akışını işlemek için bir PC ve PC'den komutlar almak ve serbestçe hareket eden özneye zamanında takviye ipuçları vermek için mikrodenetleyici tabanlı bir cihaz kullanır. Kameradan gelen video akışını elde etmek, işlemek ve görselleştirmek için MATLAB kullanılarak bir program geliştirilmiştir. Deneyci, programı kullanarak görselleştirilmiş kamera görüntüsünde sanal bir dikdörtgen alan oluşturur ve program, deneğin deneysel ortamda belirtilen alanda olup olmadığını belirtmek için mikrodenetleyicinin ikili çıktısını sürekli olarak sürer. Deneğin ortamdaki konumunu ve hareketlerini algılamak için deneğin başına küçük bir madeni para piliyle çalışan kırmızı bir LED takıldı ve elde edilen her video karesi üzerinden LED'in anlık konumu çıkarıldı. Mevcut sistemin uygulanabilirliğini doğrulamak için, onu, erkek Wistar farelerinin bir PC monitöründe bir imlecin kontrolünü öğrendiği bir görsel-motor görevine entegre ettik. Sistem denekleri başarılı bir şekilde dar bir koridorda tuttu ve koridordan çıktıklarında negatif pekiştirme vererek PC monitörüne doğru yönlendirdi. Sonuç olarak, denek etkili bir şekilde koridorda kalacak ve görsel uyaranları deneme yanılma yoluyla takip edecek şekilde şekillendirildi. Burada sunulan davranışsal paradigma için çevreden düşük gecikmeli görüntülerin alınmasında, öznenin konumunun saptanmasında ve pekiştirme ipuçlarının zamanında iletilmesinde önemli bir parametre olan işlenmiş video akışının kare hızı, 160x120 görüntü çözünürlüğü için 25.87±9.50 Hz idi. Çalışmamız, burada sunulan video izleme sisteminin, farelerin hareketlerini, davranışsal bir görevin belirli bir döneminde yasaklanmış bir hareketi gerçekleştirdikleri gibi, olumsuz pekiştirme sağlayarak kısıtlayabildiğini gösteriyor. Mevcut sistemde konum göstergesi olarak kullanılan LED'in mevcut kafa aşaması bileşenlerine kolayca monte edilebilmesi nedeniyle, mevcut systemin, beyin aktivitesini izlemek için farelerin varsayılan olarak kafatasına implantlar aldığı çalışmalara da entegre edilebileceğine inanıyoruz.
Özet (Çeviri)
Head fixation is a useful method to keep the rodents restrained and make them receive visual stimuli from a screen. Although this technique guarantees delivering the visual stimuli to the subject while it is waking, the stress caused by physical restraining is mostly not negligible in behavioral studies. In addition, the technique requires expertise for handling the subject and several days or even weeks of progressive training to make the subject stay sufficiently quiet during the behavioral task to be studied. In the present work, we introduce a method which allows restraining the movements of freely moving rats and makes them receive visual stimuli from a PC monitor using positive and negative reinforcements. The system basically utilizes a video camera placed on top of the experimental environment, a PC to process the video stream acquired from the camera and a microcontroller-based device to receive commands from the PC and deliver timely reinforcement cues to the freely moving subject. A program was developed using MATLAB to acquire the video stream from camera, and process and visualize it. Using the program, the experimenter creates a virtual rectangular area on the visualized camera view and the program continuously drives the binary output of the microcontroller to indicate whether the subject is in the specified area in the experimental environment. In order to detect the position and movements of the subject in the environment, a red LED powered by a small coin battery was attached to the head of the subject and the instantaneous position of the LED was extracted through each acquired video frame. In order to validate the practicality of the present system, we integrated it into a visuomotor task where male Wistar rats learned the control of a cursor on a PC monitor. The system successfully kept the subjects in a narrow corridor and oriented them toward the PC monitor by delivering negative reinforcement whenever they left the corridor. Consequently, the subject was effectively shaped to stay in the corridor and follow the visual stimuli through trial-and-error. The frame rate of the processed video stream, an important parameter in acquiring low-latency images from the environment, detecting the position of the subject and delivering timely reinforcement cues, was 25.87±9.50 Hz for 160x120 image resolution, which was appropriate for the behavioral task presented here. Our work indicates that the video tracking system presented here was capable of restraining the movements of rats via introducing negative reinforcement just as they perform a prohibited movement during a specified period of a behavioral task. We believe the present system can also be integrated into the studies where the rats by default receive implants into their skull for monitoring the brain activity since the LED used as the indicator of position in the present system can be easily mounted onto the existing head stage components of the brain activity monitoring systems.
Benzer Tezler
- Derin obje sezicilerle tümleştirilmiş bayesçi filtreleme ile videoda obje izleme
Integration of bayesian filtering and deep object detection for video object tracking
FİLİZ GÜRKAN GÖLCÜK
Doktora
Türkçe
2021
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BİLGE GÜNSEL KALYONCU
- A machine learning based video processing warning system for lifeguards
Cankurtaranlar için makine öğrenimi tabanlı video işleme uyarı sistemi
ZAHRAA QOSAY HASHIM ALHAIDARI
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Mekatronik Mühendisliğiİstanbul Ticaret ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Prof. Dr. MUSTAFA ALPER ÖZPINAR
- Radar data acquisition and processing system for UAV positioning applications
İHA konumlandırma uygulamaları için radar veri toplama ve işleme sistemi
ÖMER OĞUZHAN BAŞPINAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AHMET ÖNCÜ
- An automated robust vehicle detection and tracking system for low resolution traffic video sequences
Düşük çözünürlüklü trafik görüntü dizileri için otomatik gürbüz araç tanıma ve izleme sistemi
MEHMET KAPLAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2010
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUHİTTİN GÖKMEN
- Automatic video indexing and retrieval with skin color based face detection method
Ten rengi tabanlı yüz bulma yöntemiyle otomatik video dizinleme ve geri getirme
TANER DANIŞMAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2002
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolDokuz Eylül ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Y.DOÇ.DR. ADİL ALPKOÇAK