إطلاق العنان لقوة الذكاء الاصطناعي لتتبع سلوك الحيوانات

إطلاق العنان لقوة الذكاء الاصطناعي لتتبع سلوك الحيوانات

قام علماء سالك بإنشاء GlowTrack لتتبع سلوك الإنسان والحيوان بدقة أفضل وتعدد استخدامات

لا جولا - توفر الحركة نافذة على كيفية عمل الدماغ والتحكم في الجسم. من مراقبة الحافظة والقلم إلى التقنيات الحديثة القائمة على الذكاء الاصطناعي، قطع تتبع حركة الإنسان والحيوان شوطا طويلا. تستخدم الأساليب المتطورة الحالية الذكاء الاصطناعي لتتبع أجزاء الجسم تلقائيًا أثناء تحركها. ومع ذلك، فإن تدريب هذه النماذج لا يزال يستغرق وقتًا طويلاً ومحدودًا بسبب حاجة الباحثين إلى وضع علامة يدويًا على كل جزء من أجزاء الجسم مئات إلى آلاف المرات.

والآن أستاذ مشارك إيمان عظيم وقد أنشأ الفريق GlowTrack، وهي طريقة غير جراحية لتتبع الحركة تستخدم علامات صبغة الفلورسنت لتدريب الذكاء الاصطناعي. يتميز GlowTrack بأنه قوي وموفر للوقت وعالي الوضوح، وهو قادر على تتبع رقم واحد على مخلب الفأر أو مئات المعالم على يد الإنسان.

التقنية نشرت في طبيعة الاتصالاتفي 26 سبتمبر 2023، لديها تطبيقات تمتد من علم الأحياء إلى الروبوتات إلى الطب وما بعده.

يقول عظيم، كبير المؤلفين وصاحب كرسي ويليام سكاندلينج للتطوير: "على مدى السنوات العديدة الماضية، حدثت ثورة في تتبع السلوك حيث تم إدخال أدوات الذكاء الاصطناعي القوية إلى المختبر". "نهجنا يجعل هذه الأدوات أكثر تنوعا، مما يحسن الطرق التي نلتقط بها الحركات المتنوعة في المختبر. إن القياس الكمي الأفضل للحركة يمنحنا رؤية أفضل لكيفية تحكم الدماغ في السلوك ويمكن أن يساعد في دراسة اضطرابات الحركة مثل التصلب الجانبي الضموري (ALS) ومرض باركنسون.

غالبًا ما تتطلب الأساليب الحالية لالتقاط حركة الحيوانات من الباحثين وضع علامات على أجزاء الجسم يدويًا وبشكل متكرر على شاشة الكمبيوتر، وهي عملية تستغرق وقتًا طويلاً وتخضع للخطأ البشري وقيود الوقت. ويعني الشرح البشري أن هذه الأساليب لا يمكن استخدامها عادةً إلا في بيئة اختبار ضيقة، نظرًا لأن نماذج الذكاء الاصطناعي تتخصص في الكمية المحدودة من بيانات التدريب التي تتلقاها. على سبيل المثال، إذا تغير الضوء أو اتجاه جسم الحيوان أو زاوية الكاميرا أو أي عدد من العوامل الأخرى، فلن يتعرف النموذج بعد ذلك على جزء الجسم المتعقب.

ولمعالجة هذه القيود، استخدم الباحثون صبغة الفلورسنت لتسمية أجزاء من جسم الحيوان أو الإنسان. باستخدام علامات الصبغة الفلورية "غير المرئية"، يمكن إنشاء كمية هائلة من البيانات المتنوعة بصريًا بسرعة وإدخالها في نماذج الذكاء الاصطناعي دون الحاجة إلى تعليقات توضيحية بشرية. وبمجرد تغذيتها بهذه البيانات القوية، يمكن استخدام هذه النماذج لتتبع الحركات عبر مجموعة أكثر تنوعًا من البيئات وبدقة قد يكون تحقيقها أكثر صعوبة باستخدام العلامات البشرية اليدوية.

وهذا يفتح الباب لتسهيل مقارنة بيانات الحركة بين الدراسات، حيث يمكن للمختبرات المختلفة استخدام نفس النماذج لتتبع حركة الجسم عبر مجموعة متنوعة من المواقف. ووفقا لعظيم، فإن مقارنة التجارب وتكرارها أمر ضروري في عملية الاكتشاف العلمي.

يقول المؤلف الأول دانييل بتلر، محلل المعلوماتية الحيوية في شركة سالك: "كانت علامات الصبغة الفلورية هي الحل الأمثل". مثل الحبر غير المرئي الموجود على ورقة الدولار الذي يضيء فقط عندما تريد ذلك، يمكن تشغيل وإيقاف علامات الصبغة الفلورية الخاصة بنا في غمضة عين، مما يسمح لنا بتوليد كمية هائلة من بيانات التدريب.

في المستقبل، الفريق متحمس لدعم التطبيقات المتنوعة لـ GlowTrack وإقران قدراته مع أدوات التتبع الأخرى التي تعيد بناء الحركات في ثلاثة أبعاد، ومع أساليب التحليل التي يمكنها استكشاف مجموعات بيانات الحركة الواسعة هذه بحثًا عن الأنماط.

يقول عظيم: "يمكن لنهجنا أن يفيد مجموعة كبيرة من المجالات التي تحتاج إلى أدوات أكثر حساسية وموثوقية وشمولية لالتقاط الحركة وقياسها". "أنا حريص على رؤية كيف يتبنى العلماء وغير العلماء الآخرين هذه الأساليب، وما هي التطبيقات الفريدة وغير المتوقعة التي قد تنشأ."

ومن بين المؤلفين الآخرين ألكسندر كيم وشانتانو راي من سالك.

تم دعم هذا العمل من قبل برنامج التدريب CMG بجامعة كاليفورنيا في سان دييغو، وجائزة مؤسسة جيسي وكاريل فيليبس، والمعاهد الوطنية للصحة (R00NS088193، DP2NS105555، R01NS111479، RF1NS128898، وU19NS112959)، وبرنامج علماء سيرل، وصناديق بيو الخيرية، و مؤسسة ماكنايت.

دوى: https://doi.org/10.1038/s41467-023-41565-3