Срочные новости раздела
«Третий глаз систематика»: искусственный интеллект помогает различить похожие виды насекомых

«Третий глаз систематика»: искусственный интеллект помогает различить похожие виды насекомых

Российские ученые применили новейшую технологию на основе машинного обучения, позволившую точно определить очень близкие виды насекомых, сообщает пресс-служба Российского научного фонда                     .     

Adelphocoris lineolatus© Will George/Flickr

На сегодня науке известно около миллиона видов насекомых — больше, чем видов всех других животных, растений и микроорганизмов вместе взятых. Несмотря на ежедневный кропотливый труд энтомологов, описана лишь часть видов насекомых, обитающих на планете, а многие из некогда обнаруженных еще не встроены в общую систему научной классификации.

Часто бывает, что известных признаков просто недостаточно, чтобы отличить похожие виды, и ученым приходится искать различия в малейших деталях строения. Это требует использования дорогого оборудования — например, не только высококлассной оптической, но и сканирующей электронной микроскопии. Такого рода исследования занимают массу времени и требуют значительных денежных затрат. К тому же всё равно существует риск ошибки, которая может повлечь за собой, например, неправильный подбор пестицидов против насекомого-вредителя, а значит, и потерю урожая.

Коллектив ученых из Зоологического института РАН (Санкт-Петербург) предложил определять насекомых с помощью нейронных сетей на основе машинного обучения. Ранее метод не использовался в энтомологии с такой точностью, но специалистам удалось доказать, что он работает без больших погрешностей в идентификации. Ученые в шутку назвали этот способ «третьим глазом систематика».

«На примере растительноядных клопов-слепняков из хозяйственно значимого рода Adelphocoris мы пробовали автоматизировать процесс точного определения насекомых с помощью компьютерного зрения. Для этого нам надо было научить компьютер распознавать виды так, как это делает специалист-энтомолог, или еще лучше. Это процесс трудоемкий, но возможный благодаря оцифровке обширных научных коллекций. Анализируя множество фотографий экземпляров, которые ранее правильно определили люди, компьютер учится распознавать виды, и после некоторой тренировки делает это быстрее и точнее, чем человек», — рассказывает руководитель проекта по гранту РНФ Алексей Солодовников, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Зоологического института РАН.

Исследование проводили на тысячах экземпляров Adelphocoris из уникальной коллекции Зоологического института. В природе существует более 48 видов этих насекомых, 18 из которых обитают в России и наносят вред бобовым культурам. Обычно, чтобы определить представителя рода Adelphocoris, внешнего вида насекомого недостаточно, и энтомологи, в том числе авторы статьи Федор Константинов и Владимир Нейморовец, исследуют строение половых органов самцов, которые еще надо специальным образом препарировать. Этот трудоемкий процесс, поэтому исследователи решили проверить, можно ли с помощью машинного обучения определять этих насекомых только по внешнему виду и тем самым заметно ускорить работу.

Исследование включало в себя четыре этапа на основе анализа цифровых фотографий клопов: сначала ученые проверили способность нейронных сетей отличать все виды Adelphocoris друг от друга, а затем — сам род Adelphocoris от других похожих на него родов, на следующем, третьем этапе — распознавать самцов и самок внутри этого рода, и наконец, на четвертом этапе необходимо было проверить, насколько обученные только на коллекционных экземплярах модели могут распознавать изображения представителей группы, найденные в Интернете.

«Обученные нами модели не позволяют достаточно точно идентифицировать изображения Adelphocoris, полученные в живой природе, однако, сузив условия наших экспериментов, четко определив правила съемки, включая ракурс, мы достигли отличных результатов. Кроме того, мы хотели получить более интерпретируемую картину. Для этого мы генерировали теплокарты изображений, подаваемых на вход итоговым моделям. Теплокарты подтвердили, что классификация видов Adelphocoris основывается на ряде важных частей тела насекомого. Таким образом, с помощью машинного обучения мы смогли извлекать набор присущих Adelphocoris паттернов и принимать решение, к какому из заранее определенных на этапе обучения видов относится тот или иной экземпляр», — комментирует Александр Попков, специалист по нейронным сетям в команде энтомологов и самый молодой участник проекта, недавно защитивший магистерскую диссертацию.

Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованы в журнале Systematic Entomology.

Источник: polit.ru

Источник: sci-dig.ru

Последние записи - Наука

самые читаемые новости

#Наука

Биологи Московского университета выяснили, что активные формы кислорода контролируют прорастание пыльцы и оплодотворение цветковых растений. Такие молекулы крайне охотно окисляют различные
подробнее...

Ученые эксперимента ALICE на Большом Адроном Коллайдере произвели первые в истории науки прямые наблюдения за так называемым эффектом «конуса смерти», который представляет собой проявление теории
подробнее...

Исследовательская группа под руководством ученых из Калифорнийского университета в Сан-Диего (США) описала возможный биологический механизм, связывающий два заболевания, при котором рак молочной
подробнее...

Американские ученые выяснили, как небольшие генетические изменения позволили электрическим рыбам развить электрические органы. Открытие может помочь исследователям определить генетические мутации,
подробнее...

Работа примерно половины антибиотиков основана на том, что они подавляют активность рибосом, синтезирующих необходимые для жизни клетки белки. Однако рибосомы у грибков и человека очень похожи,
подробнее...

Коллаборация исследователей при участии специалистов Международной лаборатории биоинформатики НИУ ВШЭ представила новый способ борьбы с трудноизлечимой меланомой. Ученые обнаружили, что одна из форм
подробнее...

Немецкие физики применили технику времяпролетной визуализации к вырожденному атомному ферми-газу в оптической ловушке для исследования механизма образования атомами куперовских пар. Спаривание
подробнее...

Исследователи из Бостонского колледжа (США) обнаружили новую частицу — так называемую аксиальную моду Хиггса. Материалы, содержащие эту частицу, могут служить квантовыми датчиками для оценки других
подробнее...

Палеонтологи изучили покровы хорошо сохранившегося экземпляра пситтакозавра и обнаружили у него пупочный рубец (фактически пупок), как у некоторых крокодилов и ящериц. Это первая находка пупка среди
подробнее...

Физики превратили пару кристаллов времени в искусственный кубит с эффектом обратной связи и исследовали его динамику. Сами кристаллы представляли собой магнонные конденсаты, сформированные в жидком
подробнее...

Команда ученых из ВШЭ, Сколтеха, МПГУ, МИСИС создала нанофотонный микрофлюидный сенсор, потенциально применимый для диагностики, сопровождения и оценки эффективности лечения онкологических
подробнее...

Биоинформатики ИТМО разработали сервис для анализа клеточного метаболизма — биохимических реакций, отвечающих за жизнедеятельность клеток, — Shiny GATOM. В отличие от аналогов предложенный инструмент
подробнее...

Сингапурские физики сообщили о первом успешном пленении нейтральных атомов индия в магнитооптической ловушке. Для этого они использовали их лазерное охлаждение с метастабильного состояния. В
подробнее...

Коллаборация MicroBooNE подвела итоги нескольких лет работы по проверке гипотезы о том, что причиной аномального сигнала детектора MiniBooNe стал избыток электронных нейтрино. Три разные группы
подробнее...

Ученые Института математических проблем биологии РАН (Пущино) провели компьютерное исследование структурных и физических свойств самоорганизующихся пептидных нанотрубок на основе дипептида
подробнее...

Научная группа из Сколтеха и Сеченовского университета напечатала на 3D-принтере образцы из пористого сплава железа и кремния — создатели считают этот материал перспективным для дизайна костных
подробнее...

Международный коллектив, объединивший исследователей из разных областей, среди которых и антрополог МГУ, исследовал ДНК из семи захоронений кыргызстанских кладбищ Кара-Джигач и Бурана, где,
подробнее...

Новое исследование британских ученых раскрывает механизм, с помощью которого гены, кодирующие подмножество длинных некодирующих РНК, взаимодействуют с соседними генами, регулируя развитие и функцию
подробнее...