Новая ИИ-система расшифровывает поведение плодовых мушек: почему это важно для генетики человека
Исследователи из Университета Тьюлейн разработали новый инструмент на основе искусственного интеллекта, который может определить, голодна ли плодовая мушка, сонная или «поёт» (да, плодовые мушки издают звуки).
Система, названная MAFDA (Novel Machine-learning-based Automatic Fly-behavioral Detection and Annotation), использует камеры и новое программное обеспечение для отслеживания и идентификации сложного интерактивного поведения отдельных мух в группе. Это позволяет сравнивать поведение мух с разным генетическим фоном.
Более века учёные используют простой геном и короткую продолжительность жизни плодовых мушек (Drosophila melanogaster) для расшифровки тайн наследственности и иммунитета у человека. Исследования этих мух принесли шесть Нобелевских премий. Люди и плодовые мушки разделяют 60% одинаковой ДНК.
Предыдущие алгоритмы были менее точны в отслеживании отдельных мух в группе, но система MAFDA упрощает изучение крошечных насекомых.
«Плодовые мушки — это пионеры в открытии новых вещей, от хромосомной теории наследственности до врождённого иммунитета», — сказал У-Минь Дэн, профессор биохимии и молекулярной биологии. «Возможность количественно оценить поведение мух — это действительно шаг вперёд в поведенческих исследованиях».
Вэнькан Лю, аспирант, разработавший систему MAFDA, заявил, что её значимость «неоспорима»: «Она ускоряет исследования, минимизирует человеческие ошибки и даёт детальное понимание поведенческой генетики. Этот инструмент потенциально ключевой, так как повышает воспроизводимость и открывает путь для новых исследований в области крупномасштабного поведенческого анализа».
MAFDA была разработана в рамках недавнего исследования, которое обнаружило, что ген, заставляющий мух воспринимать феромоны, — это тот же ген, который контролирует производство феромонов. Эти выводы, опубликованные в Science Advances, бросают вызов устоявшемуся мнению, что отдельные гены контролируют производство и восприятие феромонов, и имеют широкое применение в областях поведенческой эволюции человека, метаболизма и полового диморфизма.
В будущем исследователи надеются, что MAFDA найдёт применение в различных сферах. Ведущий автор Цзе Сунь отметил, что систему можно будет использовать для изучения других насекомых, а также мышей и рыб, и она может быть полезна при исследовании эффектов лекарств.
«Чем больше информации мы даём машине, тем лучше она становится в правильной идентификации различного поведения — от ухаживания до питания и так далее. Это очень важный, значимый инструмент», — сказал Сунь.
MAFDA уже используется в других исследовательских проектах в Тьюлейне, и учёные работают над упаковкой системы, чтобы её могли использовать больше исследователей по всему миру.
«В этом цель», — сказал Дэн. «Первоначальная идея заключалась в том, чтобы иметь возможность определять состояние здоровья мух. Сейчас это, возможно, слишком много, но мы надеемся, что этим будут шире пользоваться в научном сообществе, и, возможно, в будущем мы сможем двигаться в этом направлении».