Нейробиологи Санкт-Петербургского государственного университета в сотрудничестве с IT-специалистами первыми в мире применили искусственный интеллект к анализу поведенческих ответов рыб зебраданио на распространенные психотропные препараты. Им удалось научить искусственный интеллект по поведению животных определять, какие именно вещества были использованы в эксперименте. Результаты исследований опубликованы в журнале Progress in Neuropsychopharmacology & BiologicalPsychiatry. Пресноводные костные рыбы зебраданио (Danio rerio) по популярности среди модельных организмов для исследований в биомедицине сегодня уступают только мышам. Среди причин этого — неприхотливость зебраданио в условиях содержания, а также высокий процент их генетического сходства с человеком — около 70%. Кроме того, исследования на этом виде рыб в силу простоты устройства их нервной системы часто приводят к более наглядным и точным результатам, чем на более сложных организмах. По словам руководителя исследования, заведующего лабораторией биологической психиатрии Института трансляционной биомедицины СПбГУ доктора биологических наук, профессора Алана Калуева, алгоритмы искусственного интеллекта, основанные на нейронных сетях, все чаще применяются в биомедицине как метод исследования. Они обеспечивают беспристрастный объективный анализ биологических данных, что способствует выявлению новых общих закономерностей, которые либо неочевидны на первый взгляд, либо скрыты от исследователей за общим массивом данных. Несмотря на то, что искусственный интеллект все шире используется в нейробиологии, исследование ученых СПбГУ стало первым его применением для анализа локомоторных треков (движений) взрослых зебраданио, находящихся под воздействием различных психоактивных препаратов, в сравнении с контрольными группами, не подвергавшимися такому воздействию. В число препаратов, которые использовались в исследовании, вошли никотин, этанол, кофеин и многие другие. Каждое из них особым образом воздействует на центральную нервную систему рыбок и влияет на их локомоторные треки — данные об этом ранее уже были опубликованы в научных статьях ученых СПбГУ. Различия в движениях зебраданио, находящихся под воздействием широкого спектра психотропных веществ, были использованы для обучения искусственного интеллекта на данных, которые предъявлялись ему на видеозаписях, полученных в ходе предыдущих экспериментов. В исследовании использовалась модель нейронной сети, специально разработанная для работы с визуальными данными (изображениями) и вдохновленная корковой системой обработки визуальной информации головного мозга животных и человека. Она извлекает простые функции изображения (например, градиенты или линии), а затем объединяет их на следующем слое для получения более подробного изображения (например, формы). Каждый слой увеличивает сложность обрабатываемых данных, тем самым помогая выявлять сложные паттерны передвижения животных, специфические для каждого препарата, а также их общие (похожие) эффекты. Например, кетамин вызывает стереотипические циркулярные движения рыб у поверхности, а этанол — характерный дозозависимый переход от гиперактивности к седации.
По мнению ученых, функциональность применения искусственного интеллекта может быть расширена за счет уточнения и корректировки моделей нейронных сетей, а его точность будет расти с увеличением количества экспериментальных данных, доступных для машинного обучения. Авторы видят продолжение своих исследования в трансляционном ключе — в дальнейшем усовершенствовании методики и тестировании новых препаратов с использованием для поиска новых препаратов, которые можно в будущем ввести и в клинику. 11.03.2022 |
Биосфера
BioDesign Research: Для производства каротиноидов разработали специальные дрожжи | |
Более 90% коммерчески доступных каротиноидов п... |
Познакомьтесь со странной амфибией, которая выкармливает своих детенышей молоком | |
Некоторые цецилии выкармливают своих детенышей... |
Nature Neuroscience: Ученые доказали, что терпение приносит свои плоды | |
В новом исследовании неврологи показали, как&n... |
Ecology: Японские медведи в поисках пищи разоряют лесопосадки | |
Бурые медведи, добывающие пищу на полуост... |
FEARC: Археологи используют фундук для реконструкции древних лесных массивов | |
Если бы мы могли встать на мест... |
Геномы бабочек и мотыльков практически не изменились за 250 млн лет эволюции | |
Самый обширный анализ такого рода показывает, ... |
Гигантские антарктические морские пауки удивили всех отношением к потомству | |
Размножение гигантских морских пауков в А... |
Ученые намерены глубже понять жизнь на Земле благодаря имиджеомике | |
Имиджеомика, новая область науки, за посл... |
Palaeontology: Древнейшая ископаемая рептилия из Альп оказалась подделкой | |
Окаменелость возрастом 280 млн лет, котор... |
Nature: Стволовые клетки растений подскажут, как развивается рак | |
Крошечный корень растения толщиной не бол... |
Nature: Как плодовые мушки управляют навигационной системой мозга | |
Когда мы идем по улице, у нас&n... |
Переселенные овсянки со временем разучивают все песни, необходимые для выживания | |
Птенцы певчих птиц, переселенные в рамках... |
Animal Behaviour: Козы по голосу определяют, злой хозяин или добрый | |
Козы могут отличить счастливого человека от&nb... |
Маленькие-то какие хорошенькие! Ученые впервые увидели новорожденную белую акулу | |
Вы удивитесь, но большие белые акулы, сов... |
Current Biology: Сумчатая мышь из Австралии жертвует сном ради секса | |
Всем живым существам необходим сон. Когда люди... |
Scientific Reports: Перья у динозавров могли появиться как средство запугивания | |
Небольшие всеядные и насекомоядные диноза... |
СПбГУ: Вот почему сальмонелла по-разному заражает животных, насекомых и растения | |
Ученые СПбГУ с коллегами провели исследов... |
FEM: Ученые предлагают сушить живые деревья ради сохранения биоразнообразия | |
Экологам давно известно, что мертвые дере... |
EEH: Ученые призвали не игнорировать влияние кожного микробиома на здоровье | |
Эпидермальные микроорганизмы, жизненно важные ... |
Royal Society Open Science: Ученые выяснили, как акулы-молотилки лупят хвостом | |
Подобно Индиане Джонсу с его хлыстом... |
Current Biology: Одомашнивание растений влияет на их микробиом | |
Новое исследование, проведенное под руков... |
Journal of the Geological Society: В окаменелостях нашли ключевые следы эволюции | |
Исследование, проведенное под руководство... |
Current Biology: Созданы дрожжи, питающиеся светом | |
Возможно, вы знаете дрожжи как орган... |
Nature Ecology & Evolution: Ученые секвенировали первый геном из класса Myxini | |
Международному научному коллективу, состоящему... |
Journal of Crustacean Biology: Японские ученые жалуются на инвазивного рака | |
Procambarus clarkii — ракообразное,... |
Мировое научное сообщество сообщило о растущей феминизации таксонов в ботанике | |
Мировое научное сообщество выявило более 700 р... |
Science: Как морские улитки перешли от откладывания яиц к живорождению | |
Яйцо действительно появилось первым. Откладыва... |
Nature Microbiology: Ученые раскрыли тайну хищных бактерий | |
Как природные антимикробные хищные бактерии сп... |
Витамин в реках может дать надежду лососю, страдающему от дефицита тиамина | |
Исследователи из Университета штата Орего... |
Nature: Ученые впервые создали микробиом растений для защиты культур от болезней | |
Ученые впервые изменили микробиом растений, ув... |