Группа японских биологов совершила прорыв в изучении социальных взаимодействий, создав инструмент, который «видит» действия животных как целостные визуальные объекты. Традиционные методы анализа видео часто дают сбой, когда особи перекрывают друг друга или соприкасаются — компьютер теряет маркеры конечностей и путает подопытных.
ИИ «читает» поведение животных и управляет их мозгом
Исследователи из Нагойского университета разработали программное обеспечение YORU на базе глубокого обучения, которое распознает социальное поведение животных в реальном времени. Система за миллисекунды фиксирует сложные действия, такие как ухаживание или обмен пищей, и мгновенно воздействует на нейронные контуры мозга для управления реакциями.
Дрозофила. Public Domain
Принцип работы оптогенетики. Суть этого метода заключается во внедрении в мембрану определенных клеток мозга специальных белков — опсинов, которые реагируют на свет. При освещении лазером или светодиодом эти белки открывают каналы для ионов, что заставляет нейрон возбуждаться или, наоборот, «засыпать». Это позволяет ученым манипулировать биологическими процессами с ювелирной точностью, буквально включая и выключая желания или движения животного простым нажатием кнопки или командой алгоритма.
Новый алгоритм YORU обходит эту проблему, анализируя не отдельные точки тела, а силуэт и паттерн движения целиком. Это позволяет системе с точностью до 98% идентифицировать начало брачного танца мушки или передачу пищи у муравьев. Главное преимущество технологии заключается в ее скорости: задержка между распознаванием кадра и ответным сигналом составляет всего 31 миллисекунду. Такая оперативность необходима для работы с нейронными сетями, которые передают импульсы почти мгновенно. Работа опубликована в журнале Science Advances.
ИИ-модель YORU распознает поведение животных как объект поведения. (A) Иллюстрации объектов поведения. YORU может адаптироваться к поведению одного животного (слева) и нескольких животных (справа), включая социальное поведение. Поведение животных (вверху) можно классифицировать как объекты поведения (внизу). (B) Схема YORU. YORU включает в себя четыре пакета: обучение, оценка, анализ видео и обработка в реальном времени.
Как отмечает соавтор работы Хаято М. Яманоути: «Вместо того чтобы отслеживать точки тела во времени, YORU распознает целые типы поведения по их виду в одном видеокадре. Модель обнаруживала действия мух, муравьев и рыбок данио с точностью 90–98% и работала на 30% быстрее конкурирующих инструментов».
Благодаря такой производительности ученые смогли реализовать систему с обратной связью. Программа не просто наблюдает за биологическими процессами, но и активно вмешивается в них, посылая команды исполнительным устройствам в тот самый момент, когда животное только собирается совершить действие.
Световое подавление инстинктов
Точная оптогенетика: благодаря сочетанию высокоскоростного распознавания поведения и светочувствительных белков исследователи теперь могут изолировать и заглушать нейроны отдельного индивидуума в группе, не затрагивая соседние нейроны.
Для проверки возможностей ИИ-модели исследователи применили оптогенетику — метод управления нейронами с помощью света. В одном из экспериментов ученые генетически модифицировали самцов дрозофил так, чтобы их нейроны, отвечающие за «песню ухаживания», отключались при облучении зеленым светом.
Когда YORU видела, что самец расправляет крыло для начала ритуала, она мгновенно включала прожектор. В результате самец немедленно замолкал, что приводило к резкому снижению успеха при спаривании. В другом тесте система вычисляла положение самки и направляла узкий луч света точно на ее органы слуха. Это позволяло выборочно «оглушать» конкретную особь в группе, не затрагивая окружающих. Искусственный интеллект получил возможность точечно манипулировать чувствами и социальным поведением отдельных животных в режиме реального времени.
Ученые подчеркивают, что новая технология не предназначена для контроля над людьми. Эксперименты требуют предварительной генетической модификации клеток мозга, чтобы те стали чувствительны к свету, а сама система настроена исключительно на простые реакции насекомых и мелких позвоночных. Это инструмент научного поиска, а не создания людей-киборгов.