Студенты Самарского университета им. Королёва разработали первую российскую систему умного слежения за лабораторными мышами

Студенты и аспиранты Самарского национального исследовательского университета имени С.П. Королёва разработали программный комплекс на основе нейросетей для умного видеонаблюдения и автоматического анализа поведения лабораторных мышей и крыс во время различных экспериментов. В отличие от ученого с блокнотом и ручкой, программный комплекс может без устали, хоть 24 часа в сутки, отслеживать в автоматическом режиме, как ведут себя и чем занимаются хвостатые участники того или иного эксперимента.

Благодаря исключению человеческого фактора и использованию нейросетей повышается точность результатов проводимых экспериментов. Электроника зафиксирует даже малейшие отклонения от обычного поведения, в том числе и те, что могут ускользнуть от замыленного глаза уставшего ученого или вообще недоступные человеческому зрению. Отечественных аналогов подобному программному обеспечению нет, самарская разработка, получившая название Rat's Lab, сможет импортозаместить зарубежные программы, используемые в настоящее время в России.

"Наш программный комплекс Rat's lab с помощью видеокамеры, одной или нескольких, будет автоматически следить за грызунами, участвующими в экспериментах, считывать и фиксировать различные показатели и изменения в их поведении, выявлять отклонения от нормы и сводить все эти данные в итоговую таблицу для ученых. Подсчет показателей да и само обнаружение грызуна в ходе видеонаблюдения будет вестись с помощью нейросетей. Такие программные продукты применяются при тестировании на лабораторных животных новых лекарственных препаратов, косметических средств, при изучении особенностей поведения животных. Однако все подобные системы, используемые сейчас в России, созданы за рубежом, они дорогие и малодоступны для приобретения. Наша разработка будет значительно дешевле и поможет заместить зарубежные аналоги", - рассказала один из авторов Rat's Lab, студентка биологического факультета Самарского университета им. Королёва Мария Баландина.

Во время тестирования лекарств и косметики ученые проводят различные эксперименты, чтобы определить действие и возможные побочные эффекты испытываемого препарата. Ученые смотрят, влияет ли лекарство, например, на походку животных, на координацию движений, цепкость лапок, на память и даже на настроение - веселую мышку, например, можно отличить по поведению от грустной, ученые в одном из исследований даже научились различать крыс-оптимистов и пессимистов. Животное в определенной ситуации может морщить мордочку или умываться, вставать на задние лапы или испытывать страх и убегать наутек. Программный комплекс на основе собранных баз данных и специальных алгоритмов определяет и классифицирует эти "кусочки" поведения, выделяя отклонения от нормы.

Для оценки изменений в поведении грызунов в мировой практике разработано множество стандартных тестовых ситуаций, придуманы и стандартизированы различные локации и устройства - беговые колеса, лабиринты, бегущие дорожки. Например, при тестировании потенциальных лекарств от болезни Альцгеймера мышам предлагается пройти специальный водный лабиринт, в котором ранее они уже были. Ученые смотрят, насколько хорошо мыши помнят правильный маршрут, улучшилась ли от лекарства пространственная память и умственные способности подопытных грызунов. Состояние памяти можно также оценить, показав мышам какой-нибудь предмет, который ранее они уже видели и изучали - на основе того, насколько близко они подходят к этому предмету или сколько времени тратят на его повторное обнюхивание, можно определить, вспомнили они его или нет. Самарский Rat's lab может использоваться практически во всех стандартных тестовых ситуациях и устройствах, утвержденных международными нормами проведения экспериментов на грызунах.

По словам разработчиков, данное программное обеспечение в перспективе также может применяться для совершенствования систем автоматического мониторинга миграции животных в дикой природе - его легко можно перенастроить на работу с другими, намного более крупными представителями фауны. В настоящее время готов прототип программного комплекса, ведется его тестирование и пополнение баз данных. Разработкой самарских студентов уже заинтересовались ряд научно-исследовательских институтов РАН и парфюмерно-косметических компаний. Серийный прототип Rat's lab планируется создать до конца 2022 года.

Текст: Алексей Соколов
Фото: Екатерина Доровская