👨‍🔬 Поговорим чуть подробнее о первых проектах.

Исследования косаток тесно связаны с именем Майкла Бигга, британско-канадского морского биолога, который собирал данные о животных, встречающихся возле берегов провинции Британская Колумбия.

🎞 Исследования строились на наблюдениях за отдельными китами, которых можно было узнать по фотографиям. В то время в ходу были пленочные фотоаппараты. Авторы в статьях пишут, что снимки были сделаны «…с помощью 35-мм зеркальной SLR камеры и 300-мм телеобъектива», на пленку, с выдержкой примерно 1/1000 секунды. Наиболее полезными оказались фотографии, полученные с расстояния 100 футов (примерно 30 метров) от кита, под прямым углом к спинному плавнику.

🤩 Конечно, прямо в поле было невозможно проявить пленку и достоверно узнать, какие конкретно животные встретились ученым. Однако в статье с результатами проведенной работы есть показательная формулировка:

«…некоторые косатки обладали очень выразительными отметинами, что их можно было узнать тут же, на месте, без фотографирования».

🤩 На что же обращают внимание при идентификации косаток?

К основным признакам относят спинной плавник, его форму и размеры; седловидное пятно, которое находится на спине за ним; любые шрамы и дефекты, охватывающие перечисленные области.

Косаток исторически стали фотографировать с левого бока, поэтому в каталогах вы увидите именно этот ракурс. Однако сейчас стараются фотографировать и правый бок тоже, что упрощает идентификацию.


Дальше поговорим про горбатых китов. Не переключайтесь🐋


Изображения из статьи Bigg, M. (1982). An assessment of killer whale (Orcinus orca) stocks off Vancouver Island, British Columbia. Report of the International Whaling Commission, 32(65), 655-666.

#китообразные@happy_dno #наука@happy_dno

👀 Прежде, чем поговорить про особенности внешности у гладких китов, немножко затронем систематику. Это нужно, чтобы понять, что картинка, возникающая в голове при слове «кит», не всегда отвечает нашим представлениям об этом животном.

📋 По списку, опубликованному на сайте Society for Marine Mammalogy, в мире на сегодняшний день выделяют 94 вида китообразных, из них 1 возможно вымерший.

Подавляющее большинство видов относят к зубатым китам (79 + 1 возможно вымерший), однако усатые киты тоже многочисленны (15 видов) и разделяются на 4 семейства.

⛰️ Самое крупное из них – Полосатиковые (Balaenopteridae), содержит 9 видов, среди них синий кит, малый полосатик и горбач. Название семейства происходит из особенностей строения нижней части тела китов: в области горла и живота расположены многочисленные продольные складки, которые растягиваются и позволяют увеличивать размеры ротовой полости при заглатывании добычи.

🐳 Второе по крупности семейство называется Гладкие киты (Balaenidae). Туда входят все гладкие киты (южный, северный атлантический, северно-тихоокеанский или японский), объединенные в род Eubalaena, и гренландский кит, один в своем роде (Balaena).

🚢 Английское название представителей рода Eubalaena - right whales - не случайно.

«Правильные киты» очень интересовали китобоев прошлого: если подавляющее большинство Полосатиковых имеет спинной плавник, то гладкие киты его лишены, на их телах также нет горловых складок. Больше всего они похожи на массивные и круглые плавающие бочки с большим содержанием жира внутри. Из-за всех этих особенностей, популяции гладких китов стали объектом промысла по всему миру и сильно пострадали за время нерегулируемого вылова.

(Голова у них при этом составляет значительную часть от всей длины тела и может доходить до 1/3 у гренландских китов, тогда как голова полосатиков меньше, ближе к соотношению 1/4 и имеет более обтекаемую форму).

🤩 Два малочисленных семейства, в которых содержится всего по одному виду – это Серые киты, Eschrichtiidae (куда входит собственно серый кит) и семейство Карликовых гладких китов, Neobalaenidae (там, сюрприз-сюрприз, только карликовый гладкий кит, биология которого до сих пор изучена значительно хуже по сравнению с другими усатыми китами, я про него чуть-чуть упоминала).


Продолжение в следующем посте🐋


#китообразные@happy_dno #наука@happy_dno

🥸 Понимание систематики важно и для практической работы, при индивидуальной идентификации животных. В случае с гладкими китами смотрят на мозолистые наросты на губах, роструме, подбородке, над глазами и за/перед дыхалом. Кстати, наросты есть только у гладких китов рода Eubalaena, у гренландского кита они отсутствуют. Форма, размер и расположение «мозолей» уникальны для каждой особи: на некоторых проектах по ассоциациям с рисунком наростов принято давать китам имена!

🪲 Роговые наросты появляются у китят еще до рождения, присутствуя у плода на разных стадиях внутриутробного развития.

После появления на свет и по мере роста китёнка его «мозоли», похожие на какие-то диковинные лабиринты, заселяются циамидами (Cyamidae) – мелкими ракообразными, которых еще называют китовые вши. Они не могут самостоятельно жить в открытой воде, поэтому существуют только на телах китов, питаясь их кожей.

Как же они к ним попадают? Скорее всего, при близком телесном контакте. (Мы же помним, что млекопитающие, коими являются китообразные, заботятся достаточно долго о своих детенышах, выкармливая их молоком, и что большую роль во всем этом играет взаимодействие мать-детеныш).

❓ Характер взаимоотношений между циамидами и гладкими китами до сих пор не ясен: понятно, что вши получают преимущества в виде пищи и крова, ну, а вопрос о выгоде для самих китов остаётся открытым. Можно ли назвать вшей китовыми паразитами? Испытывают ли сами гиганты морей и океанов дискомфорт от присутствия «маленьких друзей»? (Верится слабо, учитывая, что вшами заражены практически все гладкие киты).

Тогда может это больше отношения комменсального или мутуалистического характера?

Пока что ответ для ученых на этот вопрос остается загадкой.


А что будет дальше - скоро узнаете. Не переключайтесь 🐋


Картиночки по порядку (первые четыре отсюда):
1 - Eubalena glacialis, Северный атлантический гладкий кит
2 - Eubalena japonica, Северный тихоокеанский гладкий кит
3 - Eubalena australis, Южный гладкий кит
4 - Balaena mysticetus, Гренландский кит
Нижняя фоточка - роговые наросты гладкого кита и циамиды отсюда.

#китообразные@happy_dno #наука@happy_dno

🐱 Моего кота зовут Юпитер. Странное имя для кота, если не знать, по какой причине он его получил. Хотяяя...

🟡 Когда я листала фотографии знакомой и увидела его, ищущего дом, в моём сердце что-то ёкнуло. В тот момент в плеере играла Coldplay - Yellow. Перед глазами всё поплыло, в груди стало тепло, и в сознании возникло что-то круглое, жёлтое, тёплое, домашнее, мягкое… Так, стоп. А что у нас на небе из планет большое и жёлтое? Правильно, Юпитер.

🧐 Но погоди, Маша. Если присмотреться внимательно, то Юпитер вообще-то нифига не жёлтый. Он полосатый. Ну хорошо, да, есть там желтоватые оттенки. Но какого чёрта… А знаете ещё что? Кот у меня тоже полосатый. Вот. Чем не Юпитер?

😵‍💫 Дайте угадаю: у вас только что дёрнулся глаз. Поздравляю! Мои коллеги реагируют точно так же, когда слушают ассоциации с именами, которые я придумываю нашим гренландским китам. Вот так работает ассоциативное мышление в моём мозге. Как говорится, "все трюки выполнены профессионалами, не пытайтесь повторить в домашних условиях".

👀 Пока я писала посты про фотоидентификацию, мне стало интересно: а как дают (и дают ли вообще) имена китам на других российских проектах? Чтобы удовлетворить своё любопытство, я опросила нескольких коллег, работающих с китообразными. Их ответами делюсь в следующей серии постов! 👇


Подпись к картинке: "Как говорится, найдите разницу между двумя круглыми полосатыми телами".


#китообразные@happy_dno #наука@happy_dno

❓ Как дают имена серым китам? Часть 1.

Отвечает Александр Друзь Анастасия Королева, сотрудник ИПЭЭ РАН. Настя работаем с серыми китами на Сахалине и Камчатке, а сейчас заканчивает свой первый сезон в Антарктиде и пишет об этом в своем канале Gray Whale Expeditions.


🔻 На что ты обращаешь внимание, когда даёшь киту имя?

🐋 Обращаю внимание на узоры и пятна на спинах серых китов - часто бывает так, что они складываются в какой-то характерный рисунок, из-за которого потом киту дается имя.


🔻 Случается ли, что имя отражает характер или поведение животного?

🐋 Да, так бывает. У нас был детеныш, который постоянно ОЧЕНЬ активно прыгал, поэтому его назвали в честь такого же активного внука нашего участника экспедиции))


🔻 Какие визуальные признаки помогают отличать и запоминать отдельных особей?

🐋 Визуально помогает все, характер выныривания/заныривания, цвет головы (смотря каких эктопаразитов там больше, может быть больше оранжевая голова, может быть белая) и спины.


🔻 Пользуешься ли ты какими-то заметками, схемами для идентификации?

🐋 У меня есть заметка в телефоне для каждого сезона с айди кита и его фотками левой и правой стороны. Если что-то забыл, в море всегда можно посмотреть.


🔻 Как формируется «образ» нового кита у тебя в голове?

🐋 Думаю, что на образ очень сильно влияет первая встреча, и ты сразу понимаешь, пугливый/не пугливый/ показывает хорошо спину или нет. Или если хорошо показывает, то может быть только на последний раз (когда кит выныривает, чтобы сделать выдох, он ныряет на глубину не сразу, а после серии вдохов-выдыхов, во время которых он неглубоко уходит под воду - при. автора канала), или всегда заныривает с хвостом. Вот по такому поведению и визуальной картинке складывается образ кита.


🔻 Влияет ли симпатия или эмоции на выбор имени или запоминание?

🐋 Влияет точно: для китов, которых любишь, придумываются смешные или милые имена.


Фото из канала Насти.


#китообразные@happy_dno #наука@happy_dno

❓ Как дают имена серым китам? Часть 2.

Отвечает Татьяна Придорожная, специалист по фотоидентификации серых китов, сотрудник заповедника "Остров Врангеля". В объектив Таниной камеры какие только животные не попадали! Горбачи, косатки, белые медведи, разные птицы и другие млекопитающие. Танины снимки можно увидеть на разных фотовыставках, поэтому читайте подписи внимательнее!


🔻 На что ты обращаешь внимание, когда даёшь киту имя?

🐋 Я даю имя в основном по каким-то ассоциациям с нательными рисунками и шрамами.


🔻 Случается ли, что имя отражает характер или поведение животного?

🐋 Да, случается. Характеристики "пугливый", "резкий", "быстрый" могут стать поводом для имени.


🔻 Какие визуальные признаки помогают отличать и запоминать отдельных особей?

🐋 Частота шрамов. У серых китов много пятен. Бывает слишком обросшая балянусами голова. Форма хвоста тоже помогает.


🔻 Пользуешься ли ты какими-то заметками, схемами для идентификации?

🐋 Я лично нет, но в некоторых экспедициях это обязательный пункт при работе.


🔻 Как формируется «образ» нового кита у тебя в голове?

🐋 В голове есть кадр (как через видоискатель) отличительного пятна.


🔻 Влияет ли симпатия или эмоции на выбор имени или запоминание?

🐋 Да, сильно влияет на запоминание, на имя бывает тоже.


Фото из личного архива Тани.


#китообразные@happy_dno #наука@happy_dno

❓ Как дают имена дельфинам?

Отвечает Анастасия Постникова, со-учредитель "Центра изучения, спасения и реабилитации морских млекопитающих "Безмятежное Море" (Черное море, Крымский полуостров). Я следила за деятельностью центра с 2017 года, поддерживала лайками, донатами, и в каком-то смысле именно работа Насти и другой Насти помогла мне прийти в сегодня, где я изучаю гренландских китов вот уже 5 лет как) А как мы встретились очно в 2021 - это уже совсем другая история...


🔻 На что ты обращаешь внимание, когда даёшь дельфину имя?

🐬 Больше на визуал. На что похож запоминающийся признак на теле животного. Так у меня есть "Зубчик" - с одним выделяющимся "зубцом" на кромке спинного плавника. "Пазлик" и "Павлик" - потому что они плавали вместе и похожи внешне, в первую очередь вырезом на плавнике. У дельфина "Моаи" зазубрины напоминают статую с Острова Пасхи. Есть афалина с белыми пятнами на роструме, грудных, хвостовом и спинном плавниках - назвала её "Пеннивайз", чтобы не называть «Клоуном» из-за белого «носа»)).


🔻 Случается ли, что имя отражает характер или поведение животного?

🐬 Обычно это только у выброшенных на берег дельфинов, которым мы оказываем помощь. Например, "Ваня"- потому что Иванушка-дурачок, он немножко был глупенький, но это все по-доброму. "Бублик" - просто хороший милый дельфинчик.


🔻 Какие визуальные признаки помогают отличать и запоминать отдельных особей?

🐬 Есть вот самка белобочки "Горгондзола" - спинной плавник светло-желтого цвета почти весь, выемки на нем, как у сыра, еще и заболевание на кожных покровах было похоже визуально на сыр с плесенью. Есть афалина "Пузырек" с деформацией тканей головы в результате запутывания, именно из-за них ее так и назвали.
Но в целом в ход идет всё выделяющееся. Будь то кожный дефект - шрам, необычные хвостовые лопасти, окраска и т.д.


🔻 Влияет ли симпатия или эмоции на выбор имени или запоминание?

🐬 На выбор имени у больных животных, которых мы лечим - конечно. Тут тоже есть практическая часть, так проще потом обсуждать случаи в будущем, ассоциируя животное по кличке, а не по номеру. С остальными имя обычно дается, когда животное часто попадается\запоминающееся.


Фото из архива "Безмятежного моря".


#китообразные@happy_dno #наука@happy_dno

❓ Как дают имена горбатым китам?

Отвечает Ольга Титова, кандидат биологических наук, научный сотрудник национального парка "Берингия". Оля защитила кандидатскую диссертацию по горбатым китам в ИПЭЭ РАН, а про каталог ее авторства с хвостами горбатых китов я уже упоминала. Оля решила ответить на все вопросы скопом, поэтому получилось микро-интервью.


🐋 Я придумываю имена исходя из очертаний рисунка на хвосте или формы конкретных отметин. У горбачей на хвостах обычно целое художественное полотно, так что есть где разгуляться.

🐋 Редко когда кит успевает как-то проявить себя по поведению, так что это почти не учитывается. Хотя, было, что кит, который много прыгал, получил имя С. Бубка, но и на хвосте у него имелись царапины в виде штанги для прыжков с шестом.

🐋 Кроме того, что имя должно "читаться" с хвоста, ассоциация не должна быть банальна и слишком пряма, чтобы каждое имя было уникальным, а это порой непростая задача, когда количество китов в каталоге подбирается к двум тысячам.

🐋 Поэтому это своеобразный творческий процесс, который и скрашивает работу, и действительно помогает держать в памяти множество образов и узнавать китов, даже если мельком видишь их в море.


Фото с сайта нацпарка "Берингия".


#китообразные@happy_dno #наука@happy_dno

4 апреля - международный день Интернета. А в нем последнее время слово «ИИ» повсюду. Кому-то оно уже набило оскомину, кто-то молится на Чат GPT и уже вовсю использует ИИ-помощников в работе и быту. При этом часто из виду упускается то, как же ИИ-инструменты работают, что там, под капотом этих страшно умных систем?

Мне хочется постараться развеять флёр обожествления алгоритмов и показать, как схематично представить работу искусственного интеллекта на примере обработки биологических данных.

Часть 1.

🔮 Нейронные сети не содержат в себе какой-то магии. Работа сложных алгоритмов – это результат труда человека. Нейронная сеть не угадывает и не определяет того, что она не знает (то есть, то, что не заложено в нее человеком). В модель изначально вносится архитектура (ее каркас, как у жилого дома) и способ обучения, знание же формируется в процессе обучения на заранее подготовленных данных.

🔢 Информация в компьютерных системах представлена дискретно, с помощью цифр, что является универсальным машинным способом хранения. К примеру, изображения хранятся как матрицы чисел (пикселей), а любые другие объекты можно описать математическим языком (да хоть при помощи векторов). Дискретность задаёт формат представления данных и позволяет алгоритмам разбивать сложные объекты и задачи на более простые.

🟢Сложность работы с изображениями достаточно высокая, поэтому ее разбивают на этапы: например, сначала на изображении выделяют объекты, затем определяют класс этих объектов, а при необходимости — индивидуальные признаки.

Посмотрим на работу алгоритма на таком примере.

В заповеднике работают фотоловушки, которые регулярно снимают разных животных, например, леопардов, тигров, кабанов и оленей. В задачи заповедника, например, входит подсчет численности кормовых объектов для хищников и каких конкретно тигров и леопардов на этих фотоловушках можно узнать.

Что делает модель с изображениями?

🔲 Сначала она находит области, которые с высокой вероятностью похожи на искомые нами объекты. (Помните капчу на проверку «Я не робот», где надо было выделить только машины или только светофоры?). Найденные области на фотографии можно обвести в рамку (bounding box), убрав лишний основной фон, и дальше модель работает только с выделенным кусочком.
Это называется детекция (object detection).

🤷‍♂️ Мы даем модели ранее размеченные (labeled) данные, где каждому объекту присвоен класс: это как раз виды животных, встречающихся в заповеднике, чтобы она умела отличать одно от другого.
Дальше учим ее выполнять задачу классификации (classification) правильно: кто перед нами на фото, кабан или леопард? Модель может выдать один класс (например, «кабан») или несколько, если на фото присутствуют разные виды (например, «олень» и «леопард» одновременно).
👀 Когда у нас есть выделенные и классифицированные объекты, можно посчитать животных, являющихся добычей для хищников: считаем, сколько объектов попало в класс «олень» и «кабан».


‼️Важно, что обучение модели в идеале требует достаточного разнообразия оригинальных данных. (Конечно, так бывает не всегда, поэтому придумывают все новые способы, как изначально обогатить более бедную начальную выборку).

‼️Конечно, держим в голове то, что у модели всегда есть определенная доля ошибки, особенно, если объекты на изображении чем-то похожи. Так что закладываем это в расчеты – ну, или перепроверяем вручную за моделью.


Продолжение в следующем посте.


#китообразные@happy_dno #наука@happy_dno

Часть 2.

🗯После того как модель обнаружила объект и определила его класс (например, леопард), можно при необходимости создать маску объекта (mask), которая точно описывает форму и область пикселей, занимаемую животным.
Это уже не рамочка, а более такое прицельное выделение объекта, и это задача сегментации (segmentation).

❗️ Но сама по себе сегментация не позволяет идентифицировать конкретное животное.

🐆 Для индивидуальной идентификации (identification/individual recognition) (когда мы определяем уникальную особь впервые) из изображения дополнительно извлекаются уникальные признаки, например, рисунок пятен, их расположение и другие характеристики. (Внутри модели такие признаки формируются автоматически в виде векторного представления (embedding)).
Из другой базы можно подтянуть данные о встречаемости, половой принадлежности и возрасте особи, занимаемой территории, к примеру.
Вся это совокупность данных формирует своеобразный цифровой портрет животного, которому присваивается уникальный номер.

🐆 Через пару лет в нашей базе уже более 20 уникальных цифровых портретов леопардов.
Прежние фотоловушки вышли из строя и были заменены на другие, более новые модели, расположены уже в других местах и снимают с других ракурсов.
И вот к нам поступает материал с этих новых фотоловушек, и здесь уже выполняется задача реидентификации (re-identification, re-id): извлеченные из нового изображения признаки сравниваются с базой ранее зарегистрированных особей, и алгоритм оценивает вероятность того, что объект совпадает с уже известным животным.

Таким образом, последовательность обработки изображений схематично может выглядеть так:

детекция – классификация - сегментация - индивидуальная идентификация - реидентификация.

❗️Каждый этап имеет свои алгоритмы и ограничения, и общая точность системы зависит от качества данных, разнообразия обучающих примеров и корректной настройки моделей.

(Конечно, технари могут резонно мне заметить, что схема вообще может быть не такой и что некоторые этапы делаются одновременно, но я решила показать их все отдельно, для наглядности и понимания. Простите меня, технари, за неточности).

🤔 Интересно то, что обученная модель всегда показывает не точный результат, а вероятность (probability) (больше, меньше).
Алгоритм возвращает не «да» или «нет», а числовую оценку уверенности (confidence score).
Порог (threshold), при котором результат считается положительным (в числовом эквиваленте), задаётся человеком.

Фотографии отсюда и отсюда.
Дополнительно почитать по ссылкам
🔘про начинку векторизации изображений,
🔘про классификацию,
🔘про компьютерное зрение для начинающих и
🔘про повторное распознавание.


Дальше - больше интересных постов. Не переключайтесь🐋


#китообразные@happy_dno #наука@happy_dno