Новая камера может отслеживать сердцебиение насекомых издалека
В пилотном исследовании ученые из Университета Южной Австралии разработали бесконтактный способ измерения частоты сердечных сокращений у насекомых, используя видеозаписи, не тревожа и не прикасаясь к ним. Инновация может радикально изменить методы, с помощью которых исследователи отслеживают состояние здоровья и уровень стресса у членистоногих – группы, включающей более 80% всех видов животных.
Используя видеоматериалы, снятые на смартфоны и камеры, исследователи применили продвинутые методы обработки сигналов, чтобы фиксировать сердечную активность таких существ, как муравьи, пчелы, гусеницы, пауки, кузнечики и палочники. В отличие от млекопитающих, у членистоногих кровеносная система открытого типа – кровь свободно циркулирует в полостях тела, омывая органы и ткани. Их сердце расположено на спинной стороне, внутри брюшной полости.
В рамках исследования ученые показали, что с помощью обычных цифровых камер или камер смартфонов можно зафиксировать едва заметные движения тела насекомых и, проанализировав их, получить точные и детализированные данные о работе сердца у различных видов. В отличие от традиционных подходов, которые требуют прикосновения к насекомым или их обездвиживания, новый метод дает возможность наблюдать за ними без вмешательства, сохраняя их естественное поведение в привычной среде.
Одним из наиболее убедительных доказательств эффективности метода стали результаты при анализе видеозаписей гусениц: команда сопоставила данные о сердечном ритме, полученные с видеосигналов, с результатами предыдущих исследований, где использовались инфракрасные контактные датчики. Оказалось, что форма и частота сигналов практически совпадают. Кроме того, исследование выявило любопытные различия между видами. Так, у пауков наблюдались значительные колебания частоты сердечных сокращений, обусловленные именно видовыми особенностями, а не уровнем активности – все особи во время съемки находились в состоянии покоя.
Для фиксации едва заметных телодвижений, связанных с сердечной деятельностью, использовались современные методы обработки изображений, включая алгоритмы отслеживания микродвижений и масштабирования. Далее полученные сигналы проходили спектральную фильтрацию и преобразовывались в частотные данные, позволяющие точно определить пульс.
Ранее команда уже применяла схожую технологию с использованием цифровых камер для дистанционного получения сердечных сигналов у людей и диких животных. Теперь исследователи планируют протестировать эту систему в естественной среде обитания и дополнительно улучшить ее с помощью алгоритмов машинного обучения, чтобы добиться большей точности при разных типах телосложения насекомых и в условиях переменного освещения.
