Неинвазивный видеоанализ отслеживает сердечный ритм членистоногих и выявляет межвидовые различия
В первом в мире пилотном исследовании ученые из Университета Южной Австралии использовали видеозаписи насекомых для определения их сердечного ритма без физического контакта.
Инновация, описанная в Archives of Insect Biochemistry and Physiology, может изменить методы мониторинга здоровья и уровня стресса членистоногих, которые составляют более 80% видов животных.
Используя записи со смартфонов, видео из соцсетей и цифровых камер, исследователи применили сложные методы обработки сигналов для наблюдения за сердечной активностью муравьев, пчел, гусениц, пауков, кузнечиков и палочников.
В отличие от млекопитающих, у членистоногих открытая кровеносная система, где кровь заполняет полость тела, омывая внутренние органы. Их сердце расположено на верхней (дорсальной) стороне тела в брюшке.
Исследование под руководством аспирантки Дани Ван и профессора Джаваана Чала показало, что тонкие движения тела, зафиксированные обычными камерами, можно проанализировать для получения точных данных о сердечной активности.
«Существующие методы измерения жизненных показателей насекомых инвазивны. Наш метод сохраняет их естественное поведение, давая точные данные об активности сердца», — говорит Ван.
Извлеченные показатели сердечного ритма соответствовали физиологическим диапазонам, зарегистрированным традиционными методами.
«От муравьев с частотой около 50 ударов в минуту до пчел с 119 ударами в минуту — наши результаты соответствовали установленным референсным значениям», — отмечает профессор Чал.
Особенно убедительным стало сравнение данных по гусеницам: сигналы, полученные с видео, почти идентичны данным инфракрасных контактных датчиков из предыдущих исследований.
Исследование также выявило межвидовые различия. Например, частота сердечных сокращений у пауков значительно варьировалась, отражая различия между видами, а не уровень активности.
Применялись продвинутые методы обработки изображений: алгоритмы отслеживания движения и увеличения для обнаружения микродвижений, связанных с сердцебиением. Сигналы анализировались с помощью спектральной фильтрации.
«Неинвазивный кардиомониторинг открывает огромные возможности: для изучения здоровья насекомых, понимания воздействия стрессоров окружающей среды, пестицидов или даже благополучия социальных насекомых», — говорит профессор Чал.
Ранее команда использовала аналогичную технику с цифровыми камерами для дистанционного получения сердечных сигналов у людей и диких животных.
Исследователи надеются протестировать систему в полевых условиях и усовершенствовать ее с помощью машинного обучения для повышения точности при разных типах тел и условиях освещения.
«Это дает нам возможность "услышать" сердца самых маленьких существ, не причиняя им вреда», — заключает Ван.