Monitoring van diergedrag tijdens infectieproeven

Veranderingen in het gedrag van dieren kunnen belangrijke (pre)klinische symptomen zijn. Dieronderzoek kan daarom waardevol zijn voor de interpretatie van laboratoriumresultaten. Op dit moment vinden er tijdens dieronderzoeken aan Wageningen University & Research dagelijks één of twee korte observaties (ca. 15 minuten) plaats.

Niet-invasief doorlopend toezicht (monitoring) op activiteitspatronen zou de identificatie van vroege preklinische gedragsveranderingen kunnen ondersteunen. Hiermee kan de kennis over ziekteverwekkers worden verbeterd en het herkennen van humane eindpunten worden gefaciliteerd. Bovendien kan dit zorgen voor een verbeterde klinische beoordeling. Deze beoordeling is nodig om interventiestrategieën te evalueren, zoals het gebruik van vaccins of antivirale middelen.

In dit project worden de activiteiten van dieren in een verscheidenheid aan dierstudies continu bijgehouden door de onderzoekers. Ze onderzoeken verschillende (sensor)systemen en vergelijken hun voor- en nadelen (Figuur 1).

Voortgang in 2021 en 2022

In eerste instantie gebruikten de onderzoekers in 2021 pixelverschillen in video's om groepsactiviteit bij katten te meten. Ze ontdekten dat katten voor en na besmetting met Covid-19 even actief waren. Het meten van groepsactiviteit met pixelverschillen is een relatief eenvoudige aanpak, maar voor onderzoek naar infectieziekten is informatie over individueel gedrag essentieel. Een andere optie is het volgen van individuele dieren met alleen videodata, maar dit vereist uitgebreid getrainde modellen en is lastig als het gaat om langere perioden.

Als tweede aanpak hebben ze het gebruik van ultrabreedbandsensoren (UWB) onderzocht bij schapen- en varkensonderzoeken in 2021-2022. Deze aanpak bleek enigszins nauwkeurige individuele gegevens op te leveren. Deze methode werd gebruikt om individuele activiteit voor en na besmettingen met virussen te vergelijken (of te vergelijken met de controlegroep). De UWB-aanpak heeft echter ook verschillende nadelen, die tijdens deze onderzoeken naar voren kwamen. Nadelen zijn de grootte/het gewicht van de sensor (te groot voor kleine diersoorten), de nogal ingewikkelde installatie en kalibratie voor elk experiment, en het ontbreken van een manier om onverwachte activiteitenpatronen te valideren/verklaren (in vergelijking met video).

Als derde aanpak onderzochten de onderzoekers twee systemen: A) video met kleine QR-codes die aan dieren zijn bevestigd om ze te identificeren en b) versnellingsmeters. Het voordeel van deze systemen is dat ze licht zijn en kunnen worden gebruikt bij kleinere dieren. In het voorjaar van 2022 is een proef met QR-codes uitgevoerd. Hieruit bleek dat de QR-codes slechts in 10-50% van de videobeelden werden waargenomen. De belangrijkste reden waarom de QR-codes niet werden waargenomen, was dat ze gemakkelijk door vuil of veren werden bedekt en vervolgens moeilijk uit te lezen waren. De onderzoekers verwachtten dit op te lossen door het systeemontwerp te verbeteren.

Toelichting figuur 1

De figuur laat diverse systemen zien voor het volgen van activiteiten die in dit project worden bestudeerd, namelijk:

1. Pixelverschillen in videobeelden om activiteiten op groepsniveau te meten bij katten met Covid-19
2. Ultrabreedbandsensoren voor het volgen van individuele activiteit bij varkens en schapen (het vergelijken van gevaccineerde en niet-gevaccineerde dieren)
3. Versnellingsmeters en Aruco-markers (kleine QR-codes) op videobeelden om de activiteit in eenden met vogelgriep te volgen

Voortgang 2023

In 2023 hebben de onderzoekers het gebruik van de versnellingsmeters en het QR-systeem (verder) onderzocht in twee experimenten met schapen en kippen. In de schapenstudie werd het gedrag van drie rammen geanalyseerd van 5 dagen voor infectie tot 21 dagen na een infectie met Toxoplasma gondii (de parasiet die bij mensen Toxoplasmose veroorzaakt). De versnellingsmeters lieten bij deze proef een duidelijk verminderde activiteit zien van 4 tot 10 dagen na infectie. Bij de dagelijkse controles was dit alleen gezien op dag 5 en 6. Daarnaast ging elke ram ook minder drinken, wat te zien was met een camera boven de drinkbak en het QR-systeem. De tijd bij de drinkbak bleek te halveren. Dit grote verschil was een eyeopener voor de onderzoekers. Al met al gaven de sensoren dus een completer en nauwkeuriger beeld van het effect van de ziekte op het gedrag van de rammen. De resultaten kunnen daarom uiteindelijk helpen om gevolgen van infecties en het ontstaan van infectieziekten in een vroeger stadium te ontdekken.

In het kippenexperiment werden ook versnellingsmeters gebruikt, maar nu twee verschillende types: een oude (die ook bij de schapen werd gebruikt) en een nieuwe. Het voordeel van de nieuwe sensor is dat deze data direct verstuurt naar de cloud. Daarmee wordt het realtime monitoren van de dieren mogelijk, wat essentieel is om dit als waarschuwingssysteem te kunnen gebruiken. Het nieuwe systeem lijkt goed te werken en momenteel zijn de onderzoekers aan het kijken hoe ze het systeem kunnen optimaliseren om het toe te passen om ongerief bij dieren te verminderen en dierexperimenten te verfijnen.