Учёные обучили компьютеры анализировать поведение плодовых мушек

Исследователи из Калифорнийского технологического института (Caltech) обучили компьютеры автоматически анализировать агрессию и ухаживание у плодовых мушек (Drosophila). Это открывает путь для масштабного высокопроизводительного скрининга генов, контролирующих эти врождённые формы поведения.

Суть метода

• Программа позволяет компьютеру проанализировать получасовое видео с взаимодействующими парами мушек почти в реальном времени.
• Ручная характеристика поведения новой линии мушек биологом может занимать более 100 часов.

Ключевые детали

• Руководители: Пьетро Перона (профессор электротехники) и Дэвид Дж. Андерсон (профессор биологии, исследователь Медицинского института Говарда Хьюза).
• Публикация: работа подробно описана в апрельском выпуске журнала Nature Methods.
• Проблема прошлого: для анализа требовалось многократно просматривать одни и те же записи, что делало крупномасштабный генетический скрининг (например, 2000 пар мушек) практически невозможным без "небольшой армии студентов".

Как работает система

Инженеры использовали методы машинного зрения. Компьютер обучали характерным деталям каждого поведения на видео. Например, выпад (lunge) начинается с укорочения тела и подъёма мушки, за которым следует быстрое движение вперёд к другой особи. После обучения анализ компьютера сравнивали с человеческим, выявляли и исправляли ошибки, что привело к созданию высокоточного инструмента.

Результаты и точность

• Система может отслеживать широкий спектр поведения (выпады, борьба, преследование, кружение, копуляция, ориентация тела, положение крыльев) за считанные минуты.
• Программа "фактически лучше людей" в обнаружении некоторых проявлений поведения.
• Эксперименты проведены на 100 000 кадрах видео с минимальными ошибками отслеживания.

Будущее и значение

• Следующий шаг: попытка расширить систему автоматического обнаружения поведения на мышей, что сложнее из-за их "размытой" формы, но важно для поиска связи генов, контролирующих сходное поведение у мух и людей.
• Цель поля вычислительного зрения: создание машин, способных обнаруживать и интерпретировать намерения и действия людей. Изучение более простых организмов, таких как мушки, — это отправная точка.
• Вывод: метод позволяет извлечь из видео огромный объём информации для изучения того, что контролирует социальные взаимодействия у мух, и исследовать ранее недоступные аспекты.