С помощью нейросетевых алгоритмов биологи и разработчики планируют автоматический определять виды и формы планктона для оценки экологического состояния уникального озера. 

С февраля 1945 года сотрудники Иркутского государственного университета ведут непрерывные наблюдения планктонного сообщества озера Байкал. Напротив биостанции НИИ биологии ИГУ в посёлке Большие Коты на расстоянии 2.7 км от берега находится так называемая «Точка № 1», где еженедельно берутся, а потом анализируются пробы фито- и зоопланктона с глубин от 0 до 800 метров. В ранние годы эти исследования велись для оценки рыбопродуктивности озера. Например, основу питания байкальского омуля составляет зоопланктон, который, в свою очередь, питается фитопланктоном. Поэтому размер популяции рыб зависит от видового состава и численности микроскопических водорослей. Сейчас же мониторинг планктона озера нужен в первую очередь для оценки экологического состояния самого Байкала.

​«Сообщество фито- и зоопланктона является по сути фундаментом всей экосистемы Байкала. Понимая процессы в этом фундаменте, их динамику, мы можем делать прогнозы по векторам  развития всей экосистемы озера. Мониторинговый проект „Точка №1“ уникален тем, что позволяет сделать анализ на основе долговременных и непрерывных рядов наблюдений, накопленных за 75 лет, – рассказывает Максим Тимофеев, доктор биологических наук, директор НИИ биологии ИГУ. – Наибольшие время и трудозатраты идут в части микроскопирования и распознавания видов и форм планктона в пробах. Это может сделать только специалист. Причём не простой биолог, а специалист по группам анализируемым в пробе. Одни из них специализируются на фитопланктоне, другие на зоопланктоне. Подготовка такого специалиста, способного различить, к примеру, 400 форм фитопланктона, занимает годы».

Из-за этого в последние годы проект «Точка №1» находился под угрозой закрытия – методика распознавания данных, которую сейчас применяют в проекте, технологически устарела. Для поддержания  проекта потребовалось бы несколько десятков специалистов высокого уровня, согласных при этом на выполнение рутинных операций. Чтобы сохранить и продолжить развивать уникальный проект объединённая команда учёных и разработчиков создаёт нейросетевой алгоритм, который будет автоматически распознавать и классифицировать микроорганизмы в пробах байкальской воды.

Для обучения алгоритма учёные из НИИ биологии ИГУ предоставили более 1000 снимков каждого вида байкальского планктона разработчикам моделей искусственного интеллекта для изучения морских экосистем MaritimeAI. На основе этих данных будет создан механизм классификации видов планктона с использованием Yandex DataSphere — сервиса Yandex.Cloud для анализа данных, разработки и эксплуатации моделей машинного обучения. Изображения микроорганизмов будут передаваться в Yandex.Cloud прямо с микроскопов лаборатории НИИ биологии ИГУ. Предполагается, что алгоритм сможет определять до 99% всех видов планктона, а специалисты института биологии будут контролировать качество его работы.

«Мы обучаем алгоритмы с помощью достаточно стандартного в этой области алгоритма градиентного спуска с вариациями, но большее внимание мы уделяем архитектуре нейронных сетей. Коллеги из НИИ собирают изображения объектов из-под микроскопа, и мы начинаем обучение нейросетей с уже собранного массива изображений. Конечно, никто не может говорить о массиве изображений за 75 лет наблюдений, ведь возможность сохранить изображение с микроскопа на компьютер появилась не так давно, но одним из важных моментов в нашей работе стало изменение процесса анализа таким образом, чтобы в дальнейшем накопление изображений было его неотъемлемой составной частью», – комментирует  Сергей Орешков из MaritimeAI.

Хотя сейчас существует много онлайн-проектов по привлечению научных волонтёров к обработке больших массивов данных, например, для классификации астрономических снимков или определения животных на видеозаписях, в задаче распознавания байкальских микроорганизмов в пробах важен именно опыт специалистов, в помощь которым и создаётся новый нейроинтерфейс. В то же время помощь волонтёров может быть полезна в процессе создания самой нейросети. Для обучения алгоритмов важно предоставлять им качественные размеченные данные – этой задачей как раз и могли бы заняться добровольные помощники науки. Для них специалисты MaritimeAI готовят интерфейсы проекта Яндекс.Толоки. Рабочий прототип нейросети исследователи и разработчики обещают представить уже этим летом.

По материалам пресс-релиза Яндекс.

Источник: Наука и жизнь (nkj.ru)

На фото: 
Байкальская эпишура Epishura baicalensis - один из наиболее известных эндемиков Байкала, населяет всю толщу вод и формирует до 90 % всей биомассы озера. На фото - самка рачка на 5-й стадии развития. Фото: Пресс-служба Яндекс.


Источники

За байкальским планктоном будет наблюдать нейросеть
Наука и жизнь (nkj.ru), 24/06/2021

Похожие новости

  • 03/02/2021

    Программа мероприятий, посвященных Дню российской науки

    ​Ежегодно 8 февраля российское научное сообщество отмечает свой профессиональный праздник — День российской науки. ​ По традиции к этой дате в институтах и вузах, находящихся под научно-методическим руководством Сибирского отделения РАН, приурочены научно-популярные мероприятия: дни открытых дверей, экскурсии, лекции и так далее.
    1959
  • 22/06/2021

    В России разработают нейросеть для анализа экосистемы Байкала

    В России разработают нейросетевой алгоритм для мониторинга экосистемы озера Байкал, который будет автоматически анализировать пробы байкальской воды, распознавать и классифицировать содержащиеся в ней микроорганизмы.
    1732
  • 27/01/2021

    ИГУ включился в борьбу за новый статус

    Иркутский государственный университет готовит заявку на участие в федеральной программе «Приоритет-2030». Победа обеспечит не только привлечение финансирования в солидном объеме, но и определит вектор развития вуза на ближайшее десятилетие.
    487
  • 14/08/2020

    О биофармацевтике в мире и в России - кандидат биологических наук Денис Аксенов-Грибанов

    ​Денис В. Аксенов-Грибанов, кандидат биологических наук, руководитель проекта Российского научного фонда, ведущий научный сотрудник Иркутского государственного университета в развернутом интервью рассказал читателям портала AGRO XXI о биофармацевтике – науке, которая во многом определит как защиту здоровья человека в будущем, так и сыграет важнейшую роль в защите здоровья растений.
    807
  • 19/10/2020

    Биотехнологией и нейрохимией займутся исследователи из ИГУ

    ​​Очередной шаг вперед сделали ученые Иркутского государственного университета, занимающиеся исследованиями в области нейробиотехнологий. Развитию этого направления посвящался рабочий визит делегации вуза в Красноярский государственный медицинский университет.
    461
  • 05/10/2018

    Бокоплав-кузнечик выживает в «горячей» воде за счет неверного жиросжигания

    Устойчивость к высокой температуре во многом зависит от способности обходиться без кислорода.​Ученые из Иркутского государственного университета, Белорусского государственного университета, Байкальского исследовательского центра, Красноярского научного центра СО РАН и Сибирского федерального университета узнали, как бокоплав-кузнечик Gammarus lacustris реагирует на постепенный рост температуры окружающей воды и какими биохимическими приспособлениями он пользуется, чтобы выжить.
    3008
  • 10/12/2020

    Лекарства из опилок: власти Иркутска отметили исследование учёных ИГУ

    ​В конце ноября прошло вручение именных стипендий мэра города Иркутска в области науки и техники для нужд городского хозяйства. Среди стипендиатов несколько студентов Иркутского государственного университета, в том числе магистрант 1-го курса биолого-почвенного факультета Екатерина Переляева.
    548
  • 09/09/2019

    Что губит самое большое в мире пресное озеро

    ​Байкал – уникальная точка на карте мира. Гигантское озеро на территории современной Восточной Сибири образовалось приблизительно 25 миллионов лет назад в результате разлома земной коры. Сначала появились две котловины, которые затем соединились.
    910
  • 13/04/2021

    Алтайский государственный университет участвует в «мегасайенс»-исследованиях космоса в составе международной астрофизической коллаборации TAIGA

    В конце марта 2021 года успешно завершилась командировка молодых ученых АлтГУ в Тункинскую долину (Бурятия). Здесь, в 50 км от озера Байкал, расположен пилотный комплекс гамма-астрономической обсерватории TAIGA.
    346
  • 14/01/2021

    Ученые ИГУ исследуют микроорганизмы Байкала для создания лекарств от склероза и болезни Альцгеймера

    Проект ученого-нейрофизиолога Иркутского госуниверситета (ИГУ) по исследованию холодолюбивых эндемиков озера Байкал выиграл грант президента РФ, сообщает пресс-служба вуза.Целью проекта "Трансляция потенциала психрофильных микроорганизмов Байкала для нейрофизиологии" является поиск новых природных соединений, обладающих антиоксидантной и нейрогенезной активностью, с помощью которых можно стимулировать рост и восстановление нервных клеток.
    475