Когда ИИ учит мух манерам

Команда японских исследователей представила инструмент искусственного интеллекта YORU — систему, которая умеет мгновенно распознавать поведение животных и тут же воздействовать на их мозговые цепи. Это открывает биологам возможность изучать социальные взаимодействия с точностью, о которой раньше оставалось только мечтать. Новинка основана на том, что сложные действия трактуются как цельные визуальные объекты — так ИИ «видит» ухаживание мушек или обмен пищей у муравьёв и реагирует за миллисекунды.

Долгие годы биологи мучились с автоматизацией анализа социальных взаимодействий: движения динамичные, зверушки перекрывают друг друга, лапы и крылья путаются. Старые системы полагались на «оценку позы», пытаясь отслеживать точки тела по кадрам. Но стоило двум насекомым слипнуться в кадре, как компьютер терял понимание, где чья нога, и эксперименты рушились.

Группа под руководством Azusa Kamikouchi из Университета Нагои решила пойти другим путём. Их цель — «замкнутая петля»: компьютер видит действие и мгновенно подаёт стимул, например включает свет, когда муха расправляет крыло. Для этого нужен софт, который работает быстрее самого животного.

В итоге они создали YORU — систему на основе алгоритма глубокого обучения, использующего детекцию объектов. В отличие от старых методов, YORU анализирует целостный силуэт животного в отдельном кадре, распознавая «объекты поведения», то есть визуальные паттерны действий. Даже когда муравьи слипаются в кучу, система уверенно понимает, что они делятся пищей.

Тесты охватывали фруктовых мушек, муравьёв, зебрафишей. Точность — от 90 до 98 процентов по сравнению с наблюдением человека. В экспериментах с мышами YORU точно определяла бег, чистку шерсти и движения усами, сопоставляя это с активностью коры мозга.

Далее — оптогенетика: учёные модифицировали самцов мушек так, чтобы нейроны pIP10, управляющие брачной «песней», выключались зелёным светом. Когда YORU фиксировала расправление крыла, она включала свет, и песня мгновенно прекращалась. Итог — снижение успешности спаривания.

Затем исследователи пошли дальше. Они научились освещать только одну муху в паре: рассчитав положение самки, YORU проецировала на её грудь маленький круг света, отключая слуховые нейроны в органе Джонстона. Самка переставала реагировать на ухаживания, потому что «не слышала» самца.

YORU работает быстрее популярной системы SLEAP — средняя задержка около 31 миллисекунды, на 30 процентов быстрее конкурента. При этом интерфейс дружелюбный: биологи могут обучать ИИ без навыков программирования.

Есть и ограничения: система видит только «состояния» в отдельных кадрах, поэтому последовательные сложные действия определить сложнее. Также YORU не отслеживает личность каждого животного при долгих наблюдениях — для этого нужны дополнительные инструменты. Быстрые животные могут выбегать из зоны подсветки проектора — потребуется предиктивная система.

Но даже с недостатками YORU открывает новый подход к изучению мозга. Впервые компьютеры могут вмешиваться в социальные взаимодействия животных в момент их возникновения, раскрывая механизмы коммуникации и восприятия.