Под руководством главного научного сотрудника Сибирского федерального научного центра агробиотехнологий (СФНЦА) РАН Алейникова Александра Федоровича реализуется научный проект: «Создание метода и устройства оценки полового диморфизма эмбрионов яйца птицы на основе методов компьютерного технического зрения и искусственных нейронных сетей».

Исследование выполнено за счет гранта РНФ № 22-26-00198.

Яйца домашних птиц содержат большое количество ценных микроэлементов и питательных веществ. Они являются главным источником белка и используются для приготовления большого количества традиционных блюд, а также незаменимы для диетического и спортивного питания. Существует предпочтение по признаку пола при производстве мяса птиц, где самец предпочтительнее при производстве бройлеров. Однако петушки не могут быть использованы при производстве яиц.

Для производства бройлеров цыплята-самки уступают самцам из-за более низких темпов их роста по сравнению со своими сверстниками. Цыплятам-самкам, чтобы набрать вес, необходимы дополнительные расходы на корм.

Более того, цыплята-самки в бройлерных хозяйствах экономически не оправданы при отправке на рынок из-за более низкого прироста массы тела по сравнению с цыплятами-самцами. Поэтому каждый год в мире более 7 миллиардов вылупившихся из яйца однодневных птенцов уничтожаются путем удушья углекислым газом или мацерации из-за этого предпочтения, связанного с гендерной ориентацией производства. Такое отношение к живым цыплятам вызывает серьезные этические проблемы и приводит к значительным экономическим потерям.

Многие исследователи пытаются применять различные стратегии для определения пола эмбриона до выхода птенцов из яйца основываясь на различиях в содержании ДНК в бластодерме, гормональных различиях в аллантоисной жидкости эмбрионов. Но эти методы редко используется в практике, поскольку они разрушают целостность структуры яйца.

Перспективны методы применения компьютерного зрения в период инкубации по анализу изображениях развития кровеносные сосудов эмбрионов, так как они подкреплены значительной теоретической базой. Системы компьютерного зрения могут обеспечить надежную, не разрушающую и прецизионную технологию зондирования и мониторинга различных аспектов производственных процессов птицеводства. Они обеспечат формирования большого объёма разнообразных данных по оценке жизнедеятельности и прогноза половых признаков эмбрионов яиц для последующего анализа.

Однако идти по пути проведённых в 2021–2022 году зарубежных исследований в области машинного обучения на основе созданного генетического алгоритма для оптимизации начальных весов и порогов одиннадцати признаков кровеносных сосудов, характеризующих половой диморфизм эмбрионов в первую половину инкубации, не рационально.

Поэтому на основе компьютерного зрения, предложены новые методы для определения полового диморфизма в начальные дни инкубации (1–3-й день), а именно:

1) Метод определения полового диморфизма путем обнаружения микрообразований кровеносных сосудов и определения их распределения по размерам в выделенной локальной области по изображению желтка яйца, включая бластодиск. Для проведения исследований в этом направлении был разработан алгоритм и компьютерная программа, предназначенная для прогноза диморфизма в первые дни по разнице распределения микрососудов по построенной гистограмме дискретных значений количества частиц методом компьютерного зрения.

Метод имеет правовую защиту – свидетельство о регистрации программы для ЭВМ RU №2022664104 Компьютерная программа «Определение количества и распределение микрочастиц по изображению поверхности объекта», опубликован в ФИПС 22.07.2022.

2) Метод определения полового диморфизма по различию динамики сердечных сокращений эмбрионов при инкубации. Учитывая, что сердечная деятельность у эмбриона обнаружена на 2-й день инкубации, возможна разработка нового метода ранней оценки полового диморфизма в инкубированном яйце, основанного на гипотезе различия частоты и динамики сердечных сокращений у эмбрионов петухов и куриц. Такой метод оценки полового диморфизма в анализируемых источниках не обнаружен. Факт различия в сердечной деятельности двух полов эмбрионов можно опровергнуть или доказать, лишь применяя современные методы и средства компьютерного зрения. Если в дальнейшем такой подход не удастся реализовать, в этом случае его можно использовать при контроле жизнеспособности эмбрионов в процессе инкубации.

Для подтверждения возможности реализации новых методов и научно-обоснованных подходов разработан новый многофункциональный исследовательский комплекс технических средств для реализации предложенных методов и подходов, в составе:

а) калориметрической установка для получений RGB-изображений методом компьютерного зрения;
б) установки для исследования гиперспектрального спектра от поверхности объекта исследования;
в) установки импедансной спектроскопии для исследования электрических параметров объекта исследований;
г) установки для оценки жизнеспособности и создание необходимых условий для проведения инкубации и вывода цыплят.

Применение этого комплекса при исследованиях позволит в дальнейшем провести широкомасштабные исследования по решаемой проблеме и получить достоверные результаты по выбору и оценке эффективности предложенных методов и подходов по определения полового диморфизма эмбрионов в доинкубационный и инкубационный период.

Ученые, ведущие работу по данному проекту:

1) Алейников Александр Фёдорович, г.н.с. СФНЦА РАН (руководитель и исполнитель проекта);
2) Смирнов Евгений Сергеевич, н.с., Конструкторско-технологический институт научного приборостроения СО РАН (исполнитель проекта);
3) Дубков Илья Сергеевич, старший преподаватель кафедры вычислительной техники НГТУ (исполнитель проекта);
4) Осипенко Иван Викторович, аспирант кафедры вычислительной техники НГТУ (исполнитель проекта).

Источник: Сибирский федеральный научный центр агробиотехнологий РАН.