Des chercheurs du Centre d’excellence pour l’étude avancée du comportement collectif (CASCB) et de l’Institut Max Planck du comportement animal ont transformé une ancienne grange en laboratoire technologique de pointe pour l’analyse comportementale complexe. Ils peuvent désormais y étudier le comportement complexe de groupes d’animaux. La grange a également servi de prototype pour le plus grand laboratoire de comportement en essaim de l’Université de Constance : le Hangar d’imagerie.
Une limitation majeure de la recherche comportementale est que les scientifiques peuvent soit étudier les animaux dans des environnements hautement contrôlés, mais souvent irréalistes et réduits, en laboratoire, soit dans des conditions largement incontrôlées dans la nature. Cela a limité notre capacité à étudier de nombreuses facettes du comportement, y compris le comportement collectif ; les mouvements et les interactions entre les animaux qui sont à la base de leur vie sociale complexe. Que faut-il pour résoudre ce problème ? Tout d’abord, un endroit avec beaucoup d’espace. Deuxièmement, une technologie de pointe.
Les deux sont disponibles dans une grange du XVIIIe siècle de l’Institut Max Planck du comportement animal de Möggingen, près de Constance, et maintenant dans le Hangar d’imagerie, une salle de la taille d’un gymnase de l’Université de Constance. Les deux laboratoires sont utilisés pour examiner de près le comportement de groupe des animaux. Pour ce faire de manière multidimensionnelle, des chercheurs du Centre d’excellence pour l’étude avancée du comportement collectif de l’Université de Constance et de l’Institut Max Planck du comportement animal ont développé un outil appelé SMART-BARN.
SMART-BARN est un acronyme pour Arène multimodale évolutive pour le suivi en temps réel du comportement d’animaux en grand nombre. « C’est un nouvel outil qui permet d’étudier les traits comportementaux complexes d’un individu ou les interactions entre des groupes d’animaux comme les insectes, les oiseaux ou les mammifères », explique Hemal Naik. En collaboration avec Máté Nagy, co-président du cluster, Iain Couzin, et ses collègues ont développé SMART-BARN. L’équipe était très interdisciplinaire : des biologistes, des physiciens, des ingénieurs et des informaticiens l’ont développée ensemble.
Máté Nagy explique plus en détail l’outil : « Nous utilisons des techniques de mesure à haut débit comme le suivi optique et acoustique, avec lesquelles nous pouvons étudier la position et la posture 3D exactes des animaux et calculer leur champ de vision ». Les utilisateurs de la nouvelle installation auront la flexibilité de réaliser différents paradigmes expérimentaux en tirant parti de la nature modulaire du système.
Pourquoi l’échelle est importante
« SMART-BARN est conçu pour augmenter l’échelle des expériences comportementales intérieures typiques en termes de volume expérimental et de traits de comportement mesurés et de tailles de groupe », déclare l’informaticien Hemal Naik et ajoute : « Cela signifie que les utilisateurs peuvent mesurer un répertoire de comportements inédits car les animaux avoir plus d’espace. » L’installation peut – en fonction de la taille des animaux – accueillir simultanément des centaines d’animaux et étendre la possibilité d’expérimentation à de nouvelles espèces généralement non étudiées dans des environnements intérieurs. « En fait, nous avons maintenant étendu cette méthode à des milliers d’animaux », ajoute Couzin. « Nous avons récemment mené une étude dans le Hangar d’imagerie où nous avons suivi 10 000 criquets pesteux. Cela aurait été impossible sans notre technologie SMART-BARN. «
Comment SMART-BARN peut être utilisé
Jusqu’à présent, SMART-BARN a été utilisé dans différents cas d’utilisation expérimentaux impliquant des sujets aussi divers que des pigeons, des étourneaux, des papillons de nuit, des chauves-souris et des humains. Naik est ravi car : « L’installation façonne de nouvelles collaborations interdisciplinaires importantes. » Il poursuit : « Par exemple, SMART-BARN offre la possibilité de suivre en 3D le regard et la posture d’oiseaux dans un groupe de dix ou plus tout en conservant leur identité. Cette technique est utilisée par les chercheurs pour explorer le rôle du regard dans la prise de décision. » La même technique est utilisée par les informaticiens pour concevoir de nouveaux algorithmes basés sur la vision par ordinateur et l’IA facilitant le suivi 3D des animaux sans leur attacher de marqueurs. « Notre méthode a abouti à la création d’un système encore plus grand dans le Hangar d’imagerie de l’Université de Constance, permettant de suivre des essaims de robots ou des milliers d’insectes », explique Iain Couzin.
Máté Nagy déclare : « En un mot, la portée de ses applications n’est limitée que par notre capacité à proposer des idées d’expérimentation. » L’équipe imagine l’installation comme un espace collaboratif où les chercheurs du monde entier peuvent contribuer à l’exploration des questions comportementales. Par conséquent, l’équipe invite les chercheurs du monde entier à se connecter avec eux et à planifier des expériences.
