Identifikace chování a emocionálních stavů prasat z akustických nahrávek

Bc. Pavla Neprašová

Diplomová práce

Identification of behaviour and emotional states of pigs from acoustic recordings

Anotace:

V posledních několika desetiletích vedla intenzifikace chovů prasat ke zvýšení produktivity na úkor welfare. Zvířata jsou často chována v chudých podmínkách, které omezují jejich druhově specifické chování. Je důležité se na welfare zvířat zaměřit a naučit se ho spolehlivě hodnotit. Welfare zvířat zahrnuje fyzickou i duševní pohodu a emoce jsou jeho důležitou složkou. Teoretická část této práce se zabývá etologií a welfare prasat. Velký důraz je kladen na emoce zvířat a na metody, kterými se dají hodnotit. Využívá se fyziologických, behaviorálních, neverbálních a hlasových projevů zvířat. Sledují se změny teploty povrchu těla, srdeční frekvence, mozkové aktivity, pozoruje se chování při behaviorálních testech, výrazy v obličeji, pohyby a postoje zvířat. Tato práce klade největší důraz na hodnocení emocí zvířat, které vycházejí z hlasové komunikace. Hodnocení pohody (neboli welfare či dobrých životních podmínek) prasat je jednou z nejnáročnějších úloh intenzivního chovu prasat. Cílem tohoto výzkumu bylo analyzovat možnosti hodnocení pohody kojených selat pomocí záznamů jejich vokalizace. Nahrávky vokalizace pořízené na porodně prasat byly off-line analyzovány počítačovým programem STREMODO, který je určen k identifikaci vysokofrekvenčních vokalizací (HFV) prasat, vydávaných během negativních situací. Celkem bylo analyzováno 10 071 desetisekundových intervalů, které byly školeným pozorovatelem označeny 1 nebo 0 podle toho, zda docházelo nebo nedocházelo k vysokofrekvenční vokalizaci. Program STREMODO k těmto intervalům podle intenzity detekované vokalizace přiřazoval čísla od 0 do 100. Dále bylo pozorovatelem k intervalům s přítomností vysokofrekvenční vokalizace na základě videozáznamů přiřazeno pozorované chování, které je uvedeno v etogramu v tabulce 5. Toto chování bylo rozděleno na mírné situace, kdy selata vydávala vysokofrekvenční vokalizaci, nicméně nebyla ohrožena na životě, a na vážné situace, přímo či potenciálně ohrožující selata na životě. Poté se vyhodnocovala a porovnávala data získaná pozorováním a data získaná programem STREMODO. Na základě toho byla vyhodnocována přesnost programu. Pro testování spolehlivosti programu STREMODO byl vybrán výpočet senzitivity a specificity. Průměrná hodnota senzitivity programu STREMODO při vyhodnocování všech desetisekundových intervalů byla 70,16 % a hodnota specificity byla 76,34 %. Jde o relativně vysokou přesnost detekce vysokofrekvenční vokalizace. Tím se potvrdila hypotéza H1 – STREMODO má vysokou senzitivitu a specificitu v rozlišení vysokofrekvenční vokalizace v desetisekundových intervalech z akustických nahrávek reálného provozu porodny prasnic. Při zaměření se pouze na vážné situace, kdy je ohroženo přežití selat, dostaneme průměrnou hodnotu senzitivity 70,34 % a hodnotu specificity 73,35 %. Je zde jen nepatrný rozdíl v porovnání s vyhodnocením hodnot z mírných i vážných situací zároveň, tudíž hypotéza H2 – STREMODO má vyšší senzitivitu a specificitu v rozlišení HFV v situacích vážně ohrožujících přežití selete v desetisekundových intervalech, nebyla potvrzena. Předpokládali jsme, že při rozdělení nashromážděných dat na jednotlivé bouty, což jsou delší epizody jednoho probíhajícího chování, bude senzitivita i specificita programu STREMODO vyšší. Senzitivita programu při rozdělení na bouty byla 77,42 % (čili 22,58 % je falešně negativných boutů) a specificita byla 66,22 % (33,78 % je falešně pozitivních boutů zaznamenaných programem). Bohužel se nepotvrdila hypotéza H3, že zaměřením se na bouty dojde ke zvýšení přesnosti programu STREMODO. Hypotéza H4 byla zaměřena pouze na bouty vážných situací, u kterých byla senzitivita programu 8

Anotace:

5,53 %. Jelikož program nedokáže konkrétně identifikovat vážnost situace, není možné spočítat jeho specificitu. Tímto se potvrdila H4 – STREMODO má ještě vyšší senzitivitu v rozlišení boutů HFV v situacích vážně ohrožujících přežití selete. Poslední testovaná hypotéza H5 se zaměřovala na rozpoznání intenzity vokalizace programem STREMODO. Předpokládalo se, že u chování, které vážně ohrožuje přežití selete, zaznamená STREMODO vyšší intenzitu vokalizace než u mírných situací. Při mírných situacích se průměry hodnot intenzity vokalizace pohybovaly mezi 1,00 % a 4,91 %, kdežto během vážných situací se průměry hodnot pohybovaly v rozmezí 3,77 % a 22,21 %. U hodnot intenzity vyšší než 9 % byly pozorováno téměř výhradně život ohrožující situace selat. Z těchto výsledků vyplývá, že STREMODO dokáže rozlišit vokalizaci během život ohrožujících situací a přiřadit k nim vyšší hodnoty intenzity vysokofrekvenční vokalizace. Došlo tedy k potvrzení H5. Tímto výzkumem bylo potvrzeno, že systém STREMODO poskytuje detekce negativních vokalizací selat i v provozních podmínkách porodny prasnic, což dokládá poměrně vysoká shoda s výsledky pozorovatele. Na základě informací o stavu zvířat, které chovatelům tento automatický monitorovací systém může poskytnout, je program vhodný k neinvazivnímu distančnímu monitorování negativních událostí u kojených selat a k průběžnému posuzování pohody této kategorie prasat v zemědělských provozech.

Abstract:

In the last few decades, the intensification of pig farming has led to an increase in productivity at the expense of welfare. Animals are often kept in poor conditions that limit their natural behavior. It is important to focus on animal welfare and learn to evaluate it reliably. Animal welfare includes both physical and mental well-being and emotions are an important component of it. The theoretical part of this work is mainly about the ethology and welfare of pigs. Great emphasis is placed on animal emotions and methods for their evaluation. The physiological, behavioral, nonverbal and vocal expressions of animals are used for the evaluation of animal emotions. Changes in body surface temperature, heart rate, brain activity, behavioral tests, facial expressions, movements and postures of animals are monitored. This work places the greatest emphasis on evaluation of animal emotions that are based on voice communication. Assessing the welfare of pigs is one of the most challenging tasks of intensive pig farming. The aim of this research was to analyze the possibilities of evaluating the welfare of breastfed piglets using recordings of their vocalization. Recorings of vocalizations taken at the pig farrowing area were analyzed off-line by the computer program STREMODO, which is intended to identify high-frequency vocalizations (HFV) of pigs, mainly during negative situations. A total of 10,071 ten-second intervals were analyzed. The intervals were marked 1 or 0 by a trained observer, based on occurence of high-frequency vocalization. The STREMODO assigned numbers from 0 to 100 to these intervals according to the intensity of detected vocalization. Observer then assigned observed behavior to intervals with presence of high-frequency vocalization referencing video recordings. The behavior is shown in etogram in Table 5. This behavior was divided into mild situations (piglets release high frequency vocalization, but they are not in danger) and serious situations (piglets are in serious danger). Data obtained by observation and data provided by the STREMODO were evaluated and compared. Based on this, accuracy of the program was evaluated. To test the reliability of STREMODO calculations of sensitivity and specificity were chosen. Average value of STREMODO sensitivity was 70.16 % and specificity was 76.34 % while evaluating all of the ten-second intervals. This is a relatively high accuracy of high-frequency vocalizations detection. This confirmed the hypothesis H1 – STREMODO has a high sensitivity and specificity in recognition of high-frequency vocalizations in ten-second intervals from accoustic recordings of sow farrowing area. Focusing only on serious situations when the survival of piglets was endangered, we get the average sensitivity value of 70.34 % and the specificity value of 73.35 %. There is only a slight difference in comparison with the evaluation of values of mild and serious situations at the same time, therefore the hypothesis H2 – STREMODO has a higher sensitivity and specificity in recognition of HFV in situations seriously threatening the survival of piglets in ten-second intervals, has not been confirmed. We assumed that dividing the collected data into individual bouts, which are longer episodes of one ongoing behavior, sensitivity and specificity of STREMODO would be higher. Sensitivity of the program after dividing data into bouts was 77.42 % (22.58 % were false negative bouts) and the specificity was 66.22 % (33.78 % were false positive bouts recorded by the program). Unfortunately, hypothesis H3, that focusing on bouts would increase accuracy of STREMODO, has not been confirmed. Hypothesis H4 was focused only on bouts of serious situations. Sensitivity of the program in serious bouts was 85.53 %. As the program cannot specifically identify severity of situation, it is not possible to evaluate its specificity. This confirmed H4 – STREMODO has an even higher sensitivity in the recognition of HFV bou

Abstract:

ts in situations seriously threatening survival of piglets. The last tested hypothesis H5 was focused on recognition of intensity of vocalizations by STREMODO. We expected that STREMODO would record higher values of intensity of vocalizations in serious situations when compared to mild situations. In mild situations, averages of vocalization intensity values ranged between 1.00 % and 4.91 %. In serious situations, averages of vocalization intensity values ranged between 3.77 % and 22.21 %. When values of intensity were higher than 9 %, we observed almost only life-threatening situations of piglets. These results show that STREMODO can distinguish vocalizations during life-threatening situations and assign higher values of high-frequency vocalization intensity to them. H5 was confirmed.

Klíčová slova

bioakustika, mateřské chování, emoce, welfare, prasata

Keywords

pigs, bioacoustics, maternal behavior, emotions, welfare

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 17. 4. 2021

Obhajoba závěrečné práce

• Vedoucí: doc. RNDr. Marek Špinka, CSc.

Česká zemědělská univerzita v Praze

Fakulta agrobiologie, potravinových a přírodních zdrojů

Magisterský studijní program / obor:
Zootechnika / Zájmové chovy zvířat