Разработчики из Microsoft Azure совместно с биологами из Университета штата Пенсильвания разработали алгоритм, который автоматически ищет на фотографиях диких животных и обрезает снимки так, что остается только область, необходимая для дальнейшего обучения алгоритмов распознавания. Модель опробовали на снимках жирафов, в результате чего удалось получить целый датасет изображений их торсов. Статья с описанием работы алгоритма опубликована в журнале Ecological Informatics.
Использование машинного обучения для анализа популяций диких животных помогает эффективнее оценить масштабы вымирания видов и принять соответствующие меры. При этом сама задача создания подобных алгоритмов осложняется тем, что для них нужно большое количество данных, которые чаще всего необходимо размечать и обрезать (или обводить область интереса) вручную, и только после этого приступать к обучению.
В новой работе исследователи под руководством Патрика Бюлера (Patrick Bueler) из Microsoft решили упростить эту задачу. Для этого они обучили алгоритм распознавания изображений, основанный на гистограмме направленных градиентов, определять те области на изображении, на которых есть объект интереса: в данном случае — торс жирафа, так как именно торс позволяет биологам определить особь по узору пятен. После этого алгоритм разбивал изображения из выборки на отдельные фрагменты и на каждом из них искал объект интереса, в случае успеха возвращая уже обрезанный фрагмент, который может использоваться для дальнейшего обучения других алгоритмов. В обучающей и тестовой выборке использовались как изображения жирафов в профиль (всего таких изображений было 1800), так и изображения других объектов: алгоритм, таким образом, не только обрезал торсы жирафов на снимках, но и предварительно разбирал датасет, выискивая в нем животных.
В результате ученые смогли получить датасет из снимков торсов жирафов одного размера, причем вырезать нужные фрагменты автоматически удалось из фотографий, сделанных с разного расстояния и при разной освещенности, а также из снимков, на которых животные прятались в кустах. Точность работы алгоритма составила 99 процентов.
Для лучшей работы подобных алгоритмов разработчики и биологи собирают масштабные датасеты. Один из таких прошлым летом представили исследователи из проекта iNaturalist: они собрали около 859 тысяч изображений, сделанных натуралистами-любителями.
Елизавета Ивтушок
Это произошло после формирования нейронной связи между клетками циркадных часов и Dh44-нейронами
Биологи определили момент, в который циркадные часы начинают управлять циклами сна и бодрствования у личинок плодовых мушек. Оказалось, это происходит в начале третьего дня развития под влиянием новой связи между нейронами циркадных часов и клетками Dh44, которые контролируют бодрствование личинок. Кроме того, после формирования этой связи у личинок появилась долгосрочная память. Исследование опубликовано в журнале Science Advances. Циркадные ритмы у многих видов формируются еще на самых ранних этапах развития. Так, например, у млекопитающих клетки супрахиазматического ядра детеныша синхронизируют свою ритмическую активность еще во время беременности. Однако многие матери новорожденных могут подтвердить, что дети в этом возрасте редко спят ночью и бодрствуют днем — в основном их сон равномерно распределен по суткам. Исследования подтверждают, что циклы сна и бодрствования у младенцев чаще всего появляются от трех до двенадцати месяцев. До сих пор не было понятно, почему, несмотря на работу клеток циркадных часов, циклы сна и бодрствования формируются довольно поздно и как этот процесс влияет на другие функции мозга — например, долговременную память. Исследователи из университета Пенсильвании под руководством Эми По (Amy R. Poe) изучили аналогичный процесс на дрозофилах. Биологи отследили момент, в который у личинок мушек появляются циклы сна и бодрствования — это произошло в начале третьего дня развития. Чтобы понять, что именно происходит с циркадными ритмами в этот момент, исследователи изучили активность нейронов мозга у личинок. Прежде всего они проверили нейроны, которые производят нейропептид Dh44, поскольку они расположены в области циркадных часов у взрослых мушек.Для этого они создали трансгенных насекомых, у которых эти клетки синтезировали теплочувствительный ионный канал. Таким образом, когда личинок помещали в теплую среду, в Dh44-нейронах начинался ионный ток и те активировались. Оказалось, что эти клетки действительно участвуют в регуляции циклов сна: после их активации личинки на второй стадии меньше спали в течение суток (p < 0,0001). Тогда исследователи решили изучить, как активность этих клеток меняется при переходе со второй стадии личинок на третью — в момент появления ритмов сна. Оказалось, активность Dh44 не отличается на первой и второй стадии, но снижается в начале третьей. Это согласовывалось и с повышенным количеством сна у личинок в этот день: активность нейронов снизилась и они перестали оказывать свое бодрящее действие на личинок. Биологи предположили, что в этот момент Dh44-нейроны связываются с клетками, которые задают общий циркадный ритм организму мушек. Для этого они отследили нейронные связи этого мозгового центра. И действительно, при переходе со второй стадии на третью Dh44-нейроны сформировали связь с одной из клеток часов — DN1a. Ученые также подтвердили, что активация DN1a действительно «включает» Dh44 и увеличивает длительность бодрствования у личинок. Тогда исследователи решили проверить, как появление связи циркадных ритмов с циклами сна и бодрствования влияет на другие процессы в мозге насекомых. Зная, что переход памяти из кратковременной в долговременную происходят во время сна, биологи протестировали оба типа памяти у животных. Для этого они использовали стандартный для таких задач тест — проверяли, как личинки запоминают отвратительные запахи. И на второй, и на третьей стадии личинки одинаково хорошо проходили тесты на кратковременную память, а вот долговременная память появилась лишь при переходе между ними. При этом активация Dh44-нейронов, которые снижали количество сна у личинок, нарушала процессы долговременной памяти. Так, биологи не только в подробностях описали, как клетки циркадного ритма начинают контролировать циклы сна и бодрствования, но и показали, что этот процесс очень важен для развития таких сложных когнитивных функций как долговременная память. Сон и память действительно тесно связаны — депривация сна способна даже стирать воспоминания. Недавно мы писали об исследовании, в котором такие воспоминания удалось восстановить у мышей.