Искусственный интеллект и гражданская наука обнаружили возможное первое появление инвазивного малярийного комара на Мадагаскаре

Исследователи из Университета Южной Флориды использовали искусственный интеллект и гражданскую науку, чтобы идентифицировать, возможно, первую особь инвазивного и смертоносного малярийного комара Anopheles stephensi, когда-либо обнаруженного на Мадагаскаре. Исследование демонстрирует, как распознавание изображений на основе ИИ и участие общественности могут изменить глобальный эпиднадзор за болезнями.

Опубликованное в Insects, открытие подчёркивает, как сочетание мобильных технологий и машинного обучения может заполнить критические пробелы в наблюдении за болезнями, переносимыми векторами.

Anopheles stephensi представляет растущую угрозу для всей Африки, поскольку процветает в городской среде, размножаясь в искусственных контейнерах, таких как шины и вёдра, а не в естественных лужах, как местные комары рода Anopheles. Его распространение может поставить под угрозу дополнительно 126 миллионов человек только в Африке.

Прорыв произошёл благодаря единственной фотографии, отправленной местными жителями Антананариву через приложение NASA GLOBE Observer. На изображении была личинка комара, найденная в шине. Позже оно было проанализировано с помощью алгоритмов ИИ, обученных на тысячах аутентифицированных изображений комаров.

Система идентифицировала личинку как Anopheles stephensi с уверенностью более 99%. В поддержку этой классификации в тот же день поблизости в аналогичных искусственных контейнерах было обнаружено более 100 других личинок Anopheles, хотя они и не были сфотографированы.

Хотя официальное обнаружение требует генетического тестирования — что уже невозможно, так как эти образцы были немедленно уничтожены — если эта идентификация вида верна, она станет первым свидетельством присутствия Anopheles stephensi на Мадагаскаре. В том же году в стране зафиксировали удвоение числа случаев малярии и смертей от неё.

Комары — самые опасные животные на планете, ежегодно заражающие более 700 миллионов человек различными патогенами. Малярия остаётся самой смертоносной, ежегодно убивая почти полмиллиона детей в возрасте до пяти лет.

Последствия исследования выходят далеко за пределы Африки, поскольку необходимость бдительного и упреждающего эпиднадзора за малярийными векторами становится всё более важной и внутри стран. В 2023 году в США впервые за два десятилетия произошли локальные вспышки малярии. Во Флориде было больше случаев, чем во всех других штатах вместе взятых, что вновь сделало штат эпицентром комариных болезней в континентальной части США.

Критически важно, что исследование показывает: фотографии со смартфонов, собранные гражданами, могут служить мощными данными для раннего предупреждения, помогая бороться с этой растущей угрозой.

"Хотя комаров можно рассматривать как крошечные летающие шприцы, только 3% видов, как известно, передают болезни человеку. Благодаря приложениям гражданской науки мы можем собирать фотографии комаров, а затем анализировать эти изображения с помощью ИИ, чтобы масштабировать обнаружение тех иголок-разносчиков болезней в стоге сена".

Раннее обнаружение комара An. stephensi имеет решающее значение, но традиционные методы эпиднадзора часто его пропускают. Чтобы решить эту проблему, исследователи разработали новые инструменты ИИ, которые могут идентифицировать личинок и взрослых комаров по фотографиям со смартфона — аналогично технологии распознавания лиц. Алгоритмы для личинок были обучены на тысячах аутентифицированных изображений Anopheles stephensi и других видов комаров.

Исследование является успешным примером междисциплинарного сотрудничества между факультетами: Департаментом интегративной биологии USF; Колледжем искусственного интеллекта, кибербезопасности и вычислений Беллини; и Колледжем общественного здравоохранения. Это продолжение предыдущего исследования команды в Insects, получившего награду журнала за лучшую статью 2022 года.

Теперь исследователи нацелились на разработку и внедрение аппаратного обеспечения, вдохновлённого их программным обеспечением: умной ловушки с ИИ для дистанционной идентификации Anopheles stephensi и других комаров, распространяющих болезни, во Флориде и за её пределами.

"ИИ всё чаще используется во многих аспектах общественного здравоохранения, и эпиднадзор за комарами — это область, имеющая глобальное значение, в том числе во Флориде. Мы считаем, что мы создаём системы эпиднадзора следующего поколения для общественного здравоохранения, направленные на борьбу с болезнями, переносимыми комарами".