动物的喜怒哀乐
论文标题：Measuring Farm Animal Emotions—Sensor-Based Approaches
期刊：Sensors
作者：Suresh Neethirajan, Inonge Reimert and Bas Kemp
发表时间：14 January 2021
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期刊链接：https://www.mdpi.com/journal/sensors
了解动物情绪是解锁“提高动物福利”方法的关键。目前，未有任何“基准”或科学评估可用来测量和量化农场动物的情绪反应。利用传感器收集生物特征数据来作为测量动物情绪的手段，是农业技术中一个越来越受关注的话题。
来自瓦格宁根大学与研究中心的Suresh Neethirajan教授及其团队综述了使用传感技术推断、分析和量化家畜情绪的方法，并将其结果发表在Sensors上。作者先介绍了情绪的几个重要组成部分以及这些情绪是如何适用于动物的，其次详细描述了监测动物情绪的传感技术和分析算法，最后展望了该领域的前景，提出现在需要应对的挑战和未解之谜。
图片来源：Pixabay
动物的喜怒哀乐
情绪可以分为四个类型：主观情绪、行为情绪、认知情绪和生理情绪。每个组成部分不论是积极或是消极，都具有一定的价值效应和导向。而情绪可以通过行为、肢体语言、声音、面部表情和生理反应来观察。
动物情绪的波动可能引起其运动和协调能力的改变以及异常的社交行为，还经常伴随着疾病的产生。当动物表现出攻击性时，往往是因为它们产生了恐惧感。当动物困扰时，它们的饮食习惯会发生改变，免疫系统会受损，有时激素水平也会升高。
监测动物情绪的传感技术
自动化农场中动物的情绪监测主要使用视觉传感器和生物传感器。这些传感器可以收集特定的物理、化学、生物或生化参数，对家畜的情绪进行测量和分析。
1. 全球定位系统传感技术可以确定家畜的位置。这种技术使用寿命长、范围广，但启动成本高，会出现精度较低等问题。
2. 热红外成像传感器可以准确地监测动物的体温，现已成功用于检验怀孕、感知热应激和检疫牛蹄病变等疾病。热成像也可通过检测动物局部的温度变化来观察动物的情绪变化。该系统的缺点是可能会受到其他外部热源的干扰。
3. 心电图和心率变异性扫描仪可以通过心率的变化基线测量情绪变化。心电图的缺点是没有连续性，通常只用于检测可能已经出现健康问题的动物；心率变异性的缺点是动物体运动时会产生运动伪影。但不能否认的是，这两种扫描仪在监测动物情绪方面均有很大的潜力。
4. 脑电图扫描仪是疼痛和伤害性感受的关键技术。脑电图克服了心电图在运动影响上的局限性，可以精确测量受试者的大脑活动状态。但是脑电图测出的同一个数值有可能会对应不同情绪状态，难以分离精神状态与脑电图读数是这种传感技术的弱点。
5. 肌电图扫描仪可以检测骨骼肌产生的电脉冲，是一种很有用的诊断工具，可用于动物情绪研究。但其缺点是只可检测表层肌肉活动，且容易受到外界干扰。
6. 呼吸传感计特别适用于诊断具有独特呼吸模式的动物，但实际操作难度较大，受运动等诸多因素干扰。
7. 动物经常会使用嗅觉寻找食物、感知危险或者寻找配偶，因此，将气味作为生物标记物的嗅觉传感器在评估动物情绪方面也具有很大潜力。
8. 声音分析传感平台包含一个简单的录音装置，可以固定在一个位置记录环境声音，可用于同时监测多个动物的情绪。添加一个信号处理滤波器就可以克服来自环境的干扰。这种传感器易管理并已得到了充分的研究和应用。
9. 面部表情识别技术具有识别动物情绪的潜力。家畜的眼睛、耳朵、鼻子、脸颊和下巴的每次微小变动都可能表示不同的情绪。而且面部识别技术无需借助无线射频识别技术就可识别动物个体的情绪特征。
传感器技术在农场动物情绪测量中的潜力。
当前，没有一种传感器能够满足监测动物情绪的全部需求。因此，最佳识别方法是多个传感器共同实施监视，不同的传感器可以记录不同的指标。上述研究已表明传感器技术在分析农场动物情绪方面的潜力巨大。然而，这种潜力尚未完全得以实践，还需要我们进行不断的探索。
研究结论
人类无法通过语言与动物进行交流，所以必须依靠生理和行为参数来理解家畜的情绪。传感器是家畜管理技术解决方案的当下和未来。传感平台通过情绪测量技术为自动化连续监控家畜技术提供了可能性。现在可实际应用于监视农场动物情绪的传感器还比较有限，但随着工业技术的发展，不久的将来，新的传感技术仍可能在农业数字化中发挥巨大的作用。
Neethirajan, S.; Reimert, I.; Kemp, B. Measuring Farm Animal Emotions—Sensor-Based Approaches. Sensors 2021, 21, 553.
Sensors (ISSN 1424-8220；IF 3.275) 于2001年创刊在JCR Instruments & Instrumentation学科分类中排名居Q1(15/64)；2019 Citescore 为5.0，在 Scopus Physics and Astronomy: Instrumentation 学科分类中排名居Q1(17/129)。作为一个国际型开放获取期刊，Sensors主要刊载传感器科学和技术研究领域的学术文章，采取单盲同行评审，一审周期约为15天，文章从接收到发表仅需2.6天。