Automatische Erfassung von Stress-Indikatoren bei Labortieren anhand von Videoaufnahmen

• Antragstellerin: Professorin Dr.-Ing. Dorit Merhof
• Fachliche Zuordnung: Biologie des Verhaltens und der Sinne ; Tiermedizin
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 321137804

Im Verlauf der ersten Förderperiode der FOR 2591 wurde durch die teilnehmenden Arbeitsgruppen eine Vielzahl von Verfahren zur objektiven Beurteilung der Belastung von Versuchstieren bezüglich ihrer Eignung als Stressmarker untersucht. Hierbei wurde seitens der FOR festgestellt, dass Bild- und Verhaltensbasierte Scores wie der Mouse Grimace Scale (MGS) eine hohe Korrelation mit der tatsächlichen Belastung aufweisen. Traditionell werden diese Scores manuell erhoben, was mit einem hohen Arbeitsaufwand und möglichem Bias verbunden ist. Um die Erhebung dieser Werte zu beschleunigen und zu vereinfachen, hat der Lehrstuhl für Bildverarbeitung zunächst im Rahmen des mit der FOR 2591 assoziierten Sachbeihilfeantrags „Automatische Erfassung von Stress-Indikatoren bei Labor-Mäusen anhand von Videoaufnahmen“ gearbeitet. Das Ziel, die grundsätzliche Eignung von automatisierten Verfahren zur Erhebung bildbasierter Belastungsscores zu untersuchen, wurde erreicht. Wir konnten zeigen, dass diese Automatisierung möglich ist und zu einer spürbaren zeitlichen Entlastung des tierärztlichen Fachpersonals führen kann.In der beantragten Förderperiode planen wir, die gewonnenen Erkenntnisse aus dem aktuellen Vorhaben zu nutzen, um ein System zur Langzeitüberwachung von Mäusen und Ratten in deren gewohnter Umgebung (Home Cages) zu entwickeln und zu validieren. Mit einer Kombination aus 2D- und 3D-Kameras sollen die Tiere in den Home Cages durchgehend gefilmt und Verhaltensparameter erfasst werden. Wir werden in Kooperation mit Partnern aus der FOR 2591 einen Messaufbau entwickeln, der die üblicherweise in der Versuchstierkunde eingesetzten Käfigmodelle erweitert und rasch in bestehende Laborumgebungen integriert werden kann. Anschließend werden wir Algorithmen zur Lokalisierung, Identifikation und Analyse der Tiere entwickeln, um eine individuelle Beurteilung des Zustands einzelner Tiere in Gruppenhaltung in den Käfigen zu ermöglichen. Hierbei werden sowohl bewegungsbezogene Parameter wie die zurückgelegte Strecke oder bevorzugte Aufenthaltsbereiche einzelner Tiere in den Käfigen als auch individuelle Verhaltensweisen wie Aufrichten oder Putzen sowie soziale Muster wie das Suchen oder Meiden bestimmter Gruppenmitglieder untersucht. Änderungen dieser Verhaltensweisen als Folge der Experimente der Kooperationspartner werden untersucht, um statistische Zusammenhänge zwischen Eingriffen und daraus folgenden Verhaltensänderungen aufzudecken. Hierbei werden neben etablierten Verfahren aus der Bildverarbeitung und Mustererkennung auch aktuelle Methoden aus der Erforschung der Künstlichen Intelligenz und Neuronaler Netze zum Einsatz kommen. Die Verfahren werden zunächst in Kooperation mit ausgewählten Partnern der FOR 2591 evaluiert, bevor eine umfangreiche Validierung in Multi-Center-Studien mit allen Gruppen, die mit Mäusen und Ratten arbeiten, erfolgt. Auf diese Weise wird die Generalisierbarkeit der entwickelten Methoden untersucht.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 2591: Severity assessment in animal-based research