Машинное обучение поможет сократить популяцию мух цеце, чтобы снизить уровень заболеваемости сонной болезнью
Привет, Хабр! Представляю вашему вниманию перевод статьи » Machine learning can control tsetse flies аnd thus reduce sleeping sickness».
Самки мухи цеце спариваются один раз в жизни, что дает возможность контролировать размеры популяции этих вредных насекомых. Так у самки, которая спаривается с бесплодным самцом, не будет потомства. При контроле достаточного количества спариваний, в результате можно снизить их популяцию, следовательно, снизить уровень заболеваемости сонной болезни среди людей и крупного рогатого скота.
Исследование, проводимое в Сенегале, показало, что эта идея осуществима. За последние пять лет самцы мухи цеце, стерилизованные с использованием гамма-лучей, выпускались три раза в неделю в зараженные районы. Это позволило снизить местную популяцию мух на 98%, с соответствующим снижением заболеваемости сонной болезнью. Но такие проекты требуют огромного количества стерильных самцов, которых нужно разводить и доставлять своевременно, а это сложно.
Одна из проблем, заключается в том, что разведение самцов неизбежно затрагивает и размножение самок. Сортировка по половой принадлежности необходима для того чтобы производить облучение исключительно самцов. Элементарное облучение обоих полов вызывает проблемы, поскольку для стерилизации самок требуется более высокая доза облучения, которая может вызвать гибель самцов. Сортировка Цеце заключается в выжидании, пока мухи не вылупятся из куколок. Одновременно охлаждая их, чтобы уменьшить метаболизм и, следовательно, их активность. Отделение самцов от самок производится вручную при помощи кисточки. Самец отличается от самки наличием усиков, что помогает его идентифицировать. Этот процесс является эффективным, но трудозатратным и занимающим много времени. Зелда Моран из Колумбийского университета, считает, что есть способ лучше.
В 2014 году г-жа Моран, которая в то время была исследователем в энтомологической лаборатории Международного агентства по атомной энергии, в Вене, выполняя подобную работу, заметила, что куколки самки и самца цеце развиваются по-разному. Взрослые мухи появляются из куколок через 30 дней после окукливания. Хотя куколки мухи цеце непрозрачны, мисс Моран обнаружила, что в определенных условиях освещения, например в инфракрасных лучах, можно было заметить, что крылья насекомых начали темнеть. В случае с самками это происходит примерно через 25–26 дней после окукливания. В случае мужчин это происходит позже: через 27–29 дней после окукливания. В принципе, это дает возможность сортировать мух, прежде чем они выйдут из их куколок.
Применять данный метод пришлось до тех пор, пока г-жа Моран случайно не познакомилась с доктором Сабольч Марка, астрофизиком Колумбии. В то время д-р Марка использовал машинное обучение, чтобы найти закономерности в огромных группах астрофизических данных. Он предложил применить аналогичный процесс к половому определению куколок.
Сначала, доктор Марка и его коллеги использовали инфракрасный сканер для создания изображений большого количества куколок. Затем они использовали эти изображения для обучения компьютерному алгоритму, чтобы решить, определяется ли куколка как мужская, женская или еще не сформировавшаяся. Это также позволяет отделить мертвых особей от из живых. Машинное обучение позволило автоматически сортировать живых куколок самцов от остальных, при помощи воздушных пузырей или струек воды, с целью отсеять нежелательных особей. Таким образом, отдельные особи могут быть облучены и выпущены на свободу.
Машинное обучение должно упростить стерилизацию самцов для таких проектов, как проект в Сенегале. Возможно его можно применять и на других видах. Если бы определение полов путем машинного обучения могла быть применена к другим насекомым, например, к комарам, такие болезни, как малярия и лихорадка денге, также могли бы быть подконтрольны человеку.
