Прогноз токсичности поможет производителям моллюсков справляться с угрозами

Технологии, лежащие в основе распознавания лиц и беспилотных автомобилей, могут вскоре помочь индустрии моллюсков в штате Мэн защитить людей от опасного воздействия вредоносных цветений водорослей. В недавней статье сообщается, как исследователи используют алгоритмы глубокого обучения для прогнозирования токсичности моллюсков, подобно тому как метеорологи прогнозируют погоду.

«Глубокое обучение стало невероятно сложным, и его творческое использование позволяет нам решать самые разные задачи, — сказал старший научный сотрудник Ник Рекорд, моделировщик и старший автор статьи. — Эта работа объединяет опыт отрасли, управляющих ресурсами и исследователей из Лаборатории Бигелоу, и я верю, что совместными усилиями мы сможем решить эту проблему».

Лаборатория Бигелоу по океанологическим наукам совместно с Департаментом морских ресурсов штата Мэн (DMR) ежегодно тестирует тысячи образцов моллюсков на токсины, используя передовой химический метод, разработанный в 2014 году старшим научным сотрудником Стивом Арчером. Эти измерения помогают DMR определять, когда район безопасен для вылова моллюсков. За годы работы этот метод также создал уникальный набор данных, показывающий, когда и где токсины появлялись у побережья штата, что даёт возможность предсказывать их появление в будущем.

Исследовательская группа использовала этот набор данных для обучения алгоритма распознаванию химических «отпечатков» токсичных соединений, которые производят некоторые водоросли. Эти токсины могут быстро накапливаться в моллюсках до опасного уровня, так как они питаются, фильтруя большие объёмы воды.

Их модель использует нейронные сети — сложный подход машинного обучения, основанный на структуре мозга, который может обрабатывать огромные объёмы данных для распознавания сложных паттернов. По мере обработки всё большего количества данных их алгоритм стал высокоточным в прогнозировании надвигающейся токсичности. Изабелла Грассо, студентка Южного общественного колледжа штата Мэн и стажёр программы Research Experience for Undergraduates 2018 года в Лаборатории Бигелоу, помогла возглавить исследовательский проект и представила результаты лидерам отрасли и управленцам на Ежегодном собрании Северо-восточной ассоциации санитарии моллюсков в 2019 году.

«Токсичные события, связанные с моллюсками, могут вызывать серьёзные проблемы в Мэне и по всей стране, но мы считаем, что можем значительно снизить их воздействие, — сказал Рекорд. — Возможность прогнозировать эти спорадические события позволит фермерам подготовиться и скорректировать сроки сбора урожая, что поможет защитить отрасль и потребителей».

Департамент морских ресурсов штата Мэн круглый год контролирует моллюсков, чтобы гарантировать отсутствие вылова при высоком уровне токсинов в воде. Хотя это гарантирует безопасность всех продаваемых морепродуктов, закрытие промысла может вызывать серьёзные сбои в работе индустрии штата.

Арчер и Рекорд недавно получили грант на совместную работу с DMR и производителями моллюсков штата Мэн для тестирования и доработки прогноза. Индивидуальное партнёрство с производителями позволит исследователям получать и учитывать обратную связь о точности и полезности прогноза.

Исследователи прогнозируют, что масштабные цветения водорослей могут участиться по мере продолжения потепления в заливе Мэн, потенциально благоприятствуя токсичным видам. Команда надеется, что через несколько лет в заливе Мэн будут действовать оперативные прогнозы в реальном времени, чтобы помочь усилиям по мониторингу и вылову моллюсков.

«Мониторинг всего побережья Мэна — это огромная ответственность, и последствия для здоровья человека нельзя воспринимать легкомысленно, — сказал Кол Канвит, директор по общественному здравоохранению Департамента морских ресурсов штата Мэн. — Этот прогноз может помочь нам оптимизировать наши усилия по отбору проб, и аналогичным образом он может помочь другим штатам в их работе по прогнозированию и управлению вредоносным цветением водорослей».