动物行为是大脑功能的重要外在表型，动物行为的精细量化与解析是研究神经环路功能、疾病机制和药物作用的重要技术基础。

近日，东南大学蔚鹏飞教授、中国科学院深圳先进技术研究院王立平研究员与广东一湾生命科技有限公司黄康博士合作，在国际学术期刊The Innovation Reviews发表了题为“Technological advances in computational neuroethology”的综述文章，系统梳理了人工智能驱动动物行为研究的技术进展、关键挑战与未来发展方向，总结了从行为数据采集、姿态与身份提取，到行为识别与图谱构建、高层语义理解和统计分析的完整技术体系。

文章上线截图

过去受观测与计算能力限制，传统行为学研究往往借助迷宫、旷场等结构化装置（图1A），通过限制动物活动和环境变量，将复杂行为压缩为轨迹、速度和区域停留时间等少数指标（图1B）。然而，动物最真实、丰富的行为往往发生在自由活动与交互的环境中。随着计算机视觉、深度学习模型、成像与传感设备以及算力基础设施的快速发展，研究人员已经能够持续处理更加复杂、大规模的视频与多模态数据，推动动物行为研究逐步从受限实验范式走向接近自然环境下的连续、精细和长时程观测（图1C）。

在这一背景下，文章将AI驱动的动物行为研究概括为采集、提取、映射、理解和分析五个核心环节（图1D）。首先通过多视角视频、声音、生理信号和环境传感器完整记录动物及其环境；随后利用计算机视觉和深度学习方法提取姿态、轨迹、身份及三维结构；在此基础上，通过监督学习识别预定义行为，或利用无监督学习构建图谱，探索新的亚秒级行为模式；进一步结合行为序列、多模态大模型和实验背景实现更高层次的行为理解；最终通过统计与关联分析，将行为表型与神经活动、生理状态、疾病进程和药物干预等科学问题联系起来。

图1 从传统动物行为学到AI驱动的自然行为分析范式转变

尽管AI已经显著提高了动物行为量化能力，当前领域仍然存在多个关键难题。首先，行为缺乏统一定义标准，即使是小鼠左转这样的简单动作，不同研究者对于角度、持续时间和行为边界也可能采用不同标准，而焦虑、攻击等行为的定义更加复杂。其次，不同实验室的设备、实验环境、关键点体系和行为分类标准存在明显差异，使数据难以直接整合。随着动物数量增加以及实验环境更加自然化，遮挡、身份交换、复杂背景以及群体社会关系等问题还会进一步加剧。

针对这些问题，文章提出了多个未来发展方向。首先，可以基于解剖学、生物力学和物理约束，为不同物种建立标准化动物物理姿态模型（图2），使不同实验和算法获得的数据具有更好的可比性。其次，可以构建高逼真度的虚拟动物和虚拟实验环境（图3），自动生成具有精确姿态、身份和行为标签的大规模训练数据，提升模型的泛化能力。

图2 标准动物物理模型

图3 虚拟动物和虚拟实验环境

文章还提出了前瞻性的行为核苷酸（behavioral nucleotides）概念（图4）。类似DNA由基本核苷酸按照一定规律组合，复杂动物行为也可能由一组稳定、可重复的基本行为单元构成。如果能够建立这样的计算单元，未来可以将连续行为转化为结构化序列，进一步开展行为序列比对、模式发现和行为预测。

更进一步，针对动物行为难以理解的问题，文章提出利用双语机器动物（bilingual robotic animals）作为实验工具（图5）。通过机器人动物重复、精准地输出特定姿态或行为信号，并观察真实动物的响应，可以逐步验证不同身体信号的功能和含义，为未来建立动物身体语言与人类可理解语义之间的联系提供新的研究路径。

图4 “行为核苷酸”概念示意图

图5 “双语机器动物”概念示意图

未来，人工智能、物理仿真和多模态技术的持续发展，将进一步推动动物行为的精细量化与深层解析，为理解大脑功能、揭示神经精神疾病机制和提升药物筛查效率提供重要技术支撑。东南大学蔚鹏飞教授为本文最后通讯作者，中国科学院深圳先进技术研究院脑认知与脑疾病研究所王立平研究员、广东一湾生命科技有限公司研发总监黄康为论文共同通讯作者。广东一湾生命科技有限公司算法负责人陈可、南方科技大学研究助理教授韩亚宁为论文共同第一作者，深圳先进院为第一单位。研究得到“脑科学与类脑研究”国家科技重大专项、国家自然科学基金重大项目、江苏省科技重大专项、东南大学科研启动经费等项目支持。
 

论文链接：

https://www.the-innovation.org/article/doi/10.59717/j.tirv.2026.100012

*陈可与黄康当前在广东一湾生命科技有限公司任职，该公司持有中国科学院深圳先进技术研究院转让的Behavior Atlas技术专利5件（一种动物行为学记录三维捕捉装置、方法、系统及应用；一种基于状态与图谱的行为量化方法和终端；行为识别装置及方法、计算机设备和可读存储介质；一种精密调节头部方位的动物固定装置；一种运动球装置）。王立平和蔚鹏飞不持有广东一湾生命科技有限公司的股权及其他经济利益。其余作者声明不存在利益冲突。