Научились различать неразличимое
Как идентифицировать каждую отдельную особь в косяке рыб либо в рое пчел?
Попытайтесь проследить за поведением одной пчелы в рое, одной птицы в свора, одной сельди в косяке. Ясно, что для людской глаза это совсем очень трудная задача.
Кроме того, что отдельные особи похожи как две капли воды, так еще и траектории их перемещения то и дело изменяются, переплетаются и пересекаются. Но, не только человеческий глаз, но и компьютерные совокупности до сих пор появились в таких обстановках бессильными: разбирая, скажем, видеосъемку стайки рыбок, они не справлялись с идентификацией отдельных особей, даже в том случае, если эта съемка была выполнена с высоким разрешением.
И вот сейчас несколько испанских исследователей представила в издании Nature Methods созданную ими новую компьютерную программу, талантливую совладать с данной, казалось бы, неразрешимой задачей, пишет В. Фрадкин (www.dw.de).
Метить каждую особь — трудоемко и бессмысленно
«Мы создали совокупность, разрешающую изучать поведение животных в многочисленных группах, — поясняет начальник проекта, доктор наук Гонсало Гарсиа де-Полавьеха (Gonzalo Garcia de Polavieja), научный сотрудник Нейробиологического исследовательского университета имени Рамона-и-Кахаля в Мадриде. — Нас интересовало, к примеру, имеется ли в группе фаворит, владеющий особенными когнитивными свойствами и ведущий за собой всю группу на новое место. Для того чтобы рода изучения были до сих пор неосуществимы, потому, что мы не могли проследить за перемещениями какой-то одной особи — назовем ее для простоты Джорджем, — дабы узнать, фаворит это либо нет».
Доктор наук де-Полавьеха имеет дело с различными, но небольшими лабораторными животными: самые большие — мыши, остальные модельные организмы — скажем, рыбки данио-рерио либо плодовые мухи-дрозофилы — еще мельче. Человек неспособен на глаз отличить одну муху от второй того же вида, а метить их — дело не только сложное и трудоемкое, но и тщетное, по причине того, что эта процедура есть сильным стрессом для животного и неминуемо отразится на его поведении, что исказит результаты всего изучения.
Неповторимая комбинация ярких и чёрных пикселей
Это и побудило испанских ученых взяться за разработку способа, что разрешил бы надежно идентифицировать немаркированных лабораторных животных. С целью этого исследователи произвели видеосъемку стайки рыбок, отобрали те кадры, на которых запечатлены отдельные особи, а после этого увеличили масштаб изображения до таковой степени, что любая особь предстала в виде отдельных точек-пикселей.
«Представим себе для примера, что у Джорджа три белых точки на голове и три тёмных на хвосте, — говорит доктор наук де-Полавьеха. — Невооруженным глазом мы не в состоянии зарегистрировать столь ничтожный личный показатель, но созданная нами компьютерная программа с данной задачей легко справляется. Каждой конкретной особи свойственна неповторимая комбинация ярких и чёрных пикселей, которая и есть неповторимым отличительным показателем — как отпечаток пальца».
Три тысячи комбинаций пикселей на каждую особь
Кроме большого разрешения, у таковой компьютерной программы имеется и еще одно преимущество перед людской глазом: в случае если в собственном рвении различить двух сходных особей человек концентрируется, в большинстве случаев, на каком-то одном показателе, то компьютерная программа регистрирует сходу множество отличительных показателей. Их комбинации образуют некие строго личные орнаменты, характеризующие каждую из особей.
Эти орнаменты разрешают точно распознавать любую особь, сколь бы сложной ни была траектория ее перемещения.
Доктор наук де-Полавьеха поясняет: «Мы идентифицируем Джорджа не по одной-единственной комбинации пикселей, а по множеству таких комбинаций, отвечающих тому либо иному его положению: Джордж сбоку, Джордж спереди, Джордж позади, сверху, снизу, изогнувшийся Джордж, растянувшийся Джордж, и без того потом. Личный орнамент, свойственный Джорджу, включает все эти варианты, а потому легко выявляется, как бы Джордж ни крутился».
Для точной идентификации каждой особи доктор наук де-Полавьеха и возглавляемая им группа исследователей применяли около трех тысяч комбинаций пикселей.
Джордж в тени — не то же самое, что Джордж на свету
Собственную компьютерную программу исследователи испытали на мышах, рыбках, муравьях и плодовых мухах. В любых ситуациях она разрешила не только надежно отслеживать перемещение каждой особи из множества непоследовательно мельтешащих особей, но и выяснять особь, даже если она на некое время исчезала из поля зрения, а после этого снова оказалась.
Не смотря на то, что результаты работы испанских ученых опубликованы совсем сравнительно не так давно, на них уже обрушилась целая лавина запросов от сотрудников из различных государств. «До сих пор мы разрабатывали отечественную программу в расчете на использование ее только в лабораторных условиях, — говорит доктор наук де-Полавьеха. — Это предполагает, к примеру, равномерное освещение исследуемых животных. Нам предстоит еще много потрудиться, дабы программу возможно было применять и в поле — скажем, в джунглях.
Так как в том месте имеет место постоянная игра света и тени, а Джордж в тени — это совсем не то же самое, что Джордж на свету».
На заставке фото с сайта mega-bitva.ru
