Análise dos dados rotacionais da roda de hamster

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Antes de postar esta pergunta, naveguei por outras perguntas neste Stack, e isso provavelmente será um passeio no parque para quem lê! Mas a descrição deste Stack inclui análise e visualização de dados, então espero que este esteja no lugar certo!

</preapology>

Estou usando um Raspberry Pi com um ímã e um sensor de palheta para registrar o que meu hamster faz à noite. O Pi registra cada rotação da seguinte maneira:

2014-09-04 00:20:04.987819,1
2014-09-04 00:20:16.219891,2
2014-09-04 00:20:17.260086,3
2014-09-04 00:20:20.031204,4
2014-09-04 00:20:20.907755,5
...

É quando se trata de fazer algo com os dados que eu gostaria de obter ajuda. Aqui está um exemplo de uma análise diária que o Pi produz:

Olá Papai!

Ontem à noite, subi no volante às 00:20 e desci para a cama às 04:51 (com pausas, é claro!). Minha maior folga do volante foi por 26 minutos, das 03:05 às 03:31.

Durante as 4 horas e 31 minutos, dei a volta 11.903 vezes! Como a roda tem 18 cm de diâmetro, isso significa que viajei 18π⋅11903 / 100 ≈ 6.731 metros. São 4,18 milhas!

Biscoito do amor x

Também produzi um gráfico simples dos dados, com a seguinte aparência:

Gráfico de rotações da roda de hamster vs tempo

Também pensei em fazer um detalhamento por hora para ver em que horário ele é mais ativo.

Dado meu conhecimento estatístico inexistente, é tudo o que consigo pensar. Há mais alguma coisa que eu poderia estar fazendo? (Em termos de análise e visualização). Se for necessário capturar dados adicionais, tudo bem.

Editado para mostrar o início do rastreamento de actigrafia

Início do rastreamento de actigrafia

Matt Duffin
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Isso pode ser fora do tópico, mas soa como um projeto divertido! A partir do número de rotação das rodas, você pode aproximar quantas calorias o animal queimou. Você pode associar esses dados a um recipiente de alimentação com um sensor de peso para calcular a caloria consumida. Se a ingestão calórica> calorias gastas, o Biscuit provavelmente está ganhando peso.
Zhubarb
@ Andy - obrigado. Acho que fiquei um pouco exuberante com os smileys.
precisa saber é o seguinte
@Zhubarb - é uma excelente ideia. Embora eu não ache que eu queira colocá-lo em uma câmara metabólica para obter uma linha de base para calorias por rotação! Vou fazer uma pesquisa online para ver se há alguma referência para isso.
precisa saber é o seguinte
+1 projeto divertido! A velocidade parece notavelmente constante, mas, no entanto, talvez seja bom calcular a velocidade máxima da noite para o dia (encontrando o menor tempo de rotação ou talvez o menor tempo por 10 rotações consecutivas) e relatá-lo também. Juntamente com a velocidade média, talvez.
Ameba
Adoro, embora a primeira derivada ('rpm') pareça muito mais interessante do que a distância percorrida como um número cumulativo.
precisa saber é o seguinte

Respostas:

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Em um laboratório, isso costuma ser feito para estudar ritmos circadianos (ou seja, com aproximadamente 24 horas de duração).

Se você puder registrar a atividade por longos períodos (digamos, alguns dias), poderá fazer algumas análises de periodicidade.

A representação usual desse tipo de dado é o actograma, que também permite ver se há diferenças diárias.
Neste exemplo, após o dia 8, o mouse foi colocado na escuridão constante e, como você pode ver, embora o ritmo esteja sempre lá, ele diminui, revelando o que geralmente é chamado de "ritmo de corrida livre".
Observe que esta imagem é particularmente limpa. Às vezes você tem atividade durante o dia!

Actograma

De: Medição de respostas circadianas e agudas de luz em ratos usando atividade de corrida com rodas - LeGates e Altimus, JOVE 2011

Este artigo fornece uma boa introdução sobre como analisar dados sobre rodas:

Uma diretriz para analisar o comportamento circadiano da roda em roedores sob diferentes condições de iluminação - Jud et al. Biol Proced Online. 2005

Você também pode fazer algumas análises de frequência, por exemplo, usando periodogramas qui-quadrado.
Veja: O periodograma do qui-quadrado: sua utilidade para análise de ritmos circadianos. - Sokolove e Bushell, J. Theor Biol. 1978 (desculpe, atrás de um muro de pagamento, mas veja também os árbitros aqui )

Uma coisa que você pode fazer é verificar se esses ritmos mudam durante a semana. Por exemplo, suponho que você acorda mais tarde (e faz menos barulho) durante os finais de semana.
Isso afeta o fim da atividade de corrida de roda?
Os ritmos mudam entre o verão e o inverno?

Além disso, se você conectar uma câmera ao sistema, poderá fazer algum rastreamento de movimento. Aqui está um exemplo de "rastreamento de hamster" usando Python e OpenCV .

nico
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Hey @nico. Vai demorar um pouco para percorrer todos os links que você postou, mas eu queria agradecer por uma ótima resposta! Comecei a actigrafia e editei minha postagem original para mostrar um gráfico de alguns dias. (A quarta-feira é mais curta que as outras, porque era o primeiro dia e eu não comecei a gravar até cerca das 00:20; quando eu tiver muitos pontos de dados, removerei). Como os dias estão ficando mais curtos, será interessante ver se as linhas começam a mudar para a esquerda.
precisa saber é o seguinte
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Que perguntas você faria sobre os dados?

  • Quanto tempo o hamster passou no volante ontem à noite?
  • Foi mais longo ou mais curto que na noite anterior?
  • Existe algum dia por semana em que o hamster fica mais tempo no volante? Por exemplo, um hamster tem um dia da semana ou fim de semana% ^)?
  • Quanto tempo o hamster fica no volante em um alongamento contínuo, em média?
  • Diferentes tipos de alimentos afetam o tempo que o hamster passa no volante?
  • Minhas atividades alteram o comportamento da roda do hamster?

Tudo isso sugere diferentes tipos de parcelas. Tempo agregado na roda por dia, plotado ao longo de dias.

Veja http://journal.r-project.org/archive/2013-1/hofmann-unwin-cook.pdf para saber como plotar dados de maneiras diferentes para explorar coisas diferentes, responder a perguntas diferentes. Um enredo quase nunca é suficiente.

Dianne Cook
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+1 Eu realmente aprecio isso, sua primeira resposta aqui, pelo foco nas perguntas e não na tecnologia. Obrigado por se juntar a nós!
whuber