ينجذب الذباب القارص إلى الفخاخ الزرقاء – استخدمنا الذكاء الاصطناعي لمعرفة السبب

الذباب الذي يتغذى على الدم – مثل ذبابة التسي تسي وذباب الخيل – يسبب لدغات مؤلمة وينشر الأمراض الموهنة بين الناس والحيوانات على حد سواء. لذلك تم بذل الكثير من العمل في تصميم أكثر المصائد كفاءة للتحكم في تجمعات هذه الذباب.

تميل مصائد الذباب القارضة إلى اللون الأزرق ، لأن عقودًا من البحث الميداني أظهرت أن مثل هذه الذباب تجد هذا اللون جذابًا بشكل خاص. لكن لم يكن واضحًا أبدًا لماذا تجد هذه الذباب اللون الأزرق لا يقاوم – خاصة وأن الأجسام الزرقاء ليست مشهدًا شائعًا في البيئة الطبيعية.

تكهن العلماء بأن الأسطح الزرقاء قد تبدو وكأنها أماكن مظللة للذباب لأن الظلال لها مسحة زرقاء. يبحث ذباب التسي تسي على وجه الخصوص عن مثل هذه البقع المظللة للراحة فيها ، مما قد يفسر انجذابه إلى الفخاخ الزرقاء.

الاحتمال الآخر هو أن الأسطح الزرقاء قد تغري الذباب الجائع من خلال تزويدهم بالعلامات الواضحة التي يستخدمونها لتمييز الحيوانات على خلفية أوراق الشجر. وفقًا لهذه النظرية ، قد تخطئ الذبابة في الفخ الأزرق لحيوان ترغب في عضه وتغذيته.

لكن تقييم هذه الاحتمالات صعب بشكل خاص لأن الذباب يدرك اللون بشكل مختلف عن البشر. يدرك البشر اللون باستخدام استجابات ثلاثة أنواع من المستقبلات الضوئية التي تكتشف الضوء في شبكية العين والتي تكون حساسة على نطاق واسع للأطوال الموجية الزرقاء والخضراء والحمراء للضوء.

لكن معظم “الذباب العالي” – مثل ذبابة التسي تسي وذبابة الحصان – لديها خمسة أنواع من المستقبلات الضوئية الحساسة للأشعة فوق البنفسجية ، والأطوال الموجية الزرقاء والخضراء. لذا ، فإن المصيدة الزرقاء لن تشبه الذبابة كما تبدو للإنسان الذي صممها.

من الذباب إلى الذكاء الاصطناعي …

في دراستنا ، عالجنا المشكلة باستخدام الذكاء الاصطناعي (AI). استخدمنا الشبكات العصبية الاصطناعية التي هي شكل من أشكال التعلم الآلي المستوحى من بنية الأنظمة العصبية الحقيقية. تتعلم الشبكات العصبية الاصطناعية عن طريق تعديل نقاط قوة الاتصالات بين شبكة من الخلايا العصبية الاصطناعية.

قمنا بتغذية هذه الشبكات بإشارات المستقبلات الضوئية التي قد تتعرض لها الذبابة عند النظر إلى الحيوانات أو خلفيات أوراق الشجر ، سواء في الضوء أو في الظل. ثم قمنا بتدريب الشبكات على تمييز الحيوانات عن الأوراق ، والتظليل من الأشياء غير المظللة ، باستخدام تلك المعلومات المرئية فقط.

سوف تجد الشبكات المدربة الطريقة الأكثر فاعلية لمعالجة الإشارات المرئية ، والتي توقعنا مشاركة الخصائص مع الآليات التي تطورت في الجهاز العصبي للذباب الحقيقي. قمنا بعد ذلك بالتحقيق فيما إذا كانت الشبكات العصبية الاصطناعية تصنف المصائد الزرقاء على أنها حيوانات أو أسطح مظللة.

زرقة أم سطوع؟

بعد التدريب ، يمكن لشبكاتنا العصبية أن تميز الحيوانات بسهولة عن خلفيات الأوراق ، وتظلل من المحفزات غير المظللة ، باستخدام المعلومات الحسية المتاحة للذبابة. ومع ذلك ، ما فاجأنا هو أنهم حلوا هذه المشاكل بطرق مختلفة تمامًا.

حددت الشبكات الظل باستخدام السطوع وليس اللون – بكل بساطة ، كلما ظهر الحافز أغمق ، زاد احتمال تصنيفه على أنه مظلل. وفي الوقت نفسه ، تم التعرف على الحيوانات باستخدام القوة النسبية لإشارات مستقبلات الضوء الزرقاء والخضراء. يشير اللون الأزرق الأكبر نسبيًا مقارنة بالإشارات الخضراء إلى أن المنبه ربما كان حيوانًا وليس ورقة ، والعكس صحيح.

أصبحت الآثار المترتبة على ذلك واضحة عندما قمنا بتغذية هذه الشبكات بالإشارات المرئية التي تسببها الفخاخ الزرقاء. لم يتم الخلط بين المصائد الزرقاء والأسطح المظللة ، ولكن تم تصنيفها بشكل خاطئ على أنها حيوانات.

بالطبع ، الشبكات العصبية الاصطناعية ليست ذبابًا حقيقيًا ، ولا نماذج دقيقة للجهاز العصبي للذبابة. لكنها توضح لنا الطريقة الأكثر فاعلية في معالجة الإشارات البصرية للذبابة لتحديد المحفزات الطبيعية. ونتوقع أن يكون التطور قد استفاد من مبادئ مماثلة في الأنظمة العصبية للذباب الحقيقي.

أفضل طريقة للتعرف على الظل باستخدام المعلومات المرئية التي تمتلكها الذبابة هي من خلال السطوع وليس الزرقة. في هذه الأثناء ، كانت أفضل طريقة للتعرف على الحيوانات ، بطريقة غير متوقعة إلى حد ما ، استخدام الزرقة. يتم تحفيز مثل هذه الآلية بقوة شديدة بواسطة الفخاخ الزرقاء ، مما يفسر سبب إثبات أنها إغراء قوي للذباب الجائع. يأتي المزيد من الأدلة على هذه الفكرة من الدراسات الميدانية التي تظهر أن هبوط ذبابة التسي تسي على الفخاخ الملونة يتضور جوعاً نسبيًا.

إذا تمكنا من فهم الإشارات والسلوك الحسي الذي يتسبب في وقوع الذباب في الفخاخ ، فيمكننا هندسة المصائد لاستغلال هذه الآليات بكفاءة أكبر والتحكم بشكل أكثر فعالية في الذباب. لقد حققنا بالفعل بعض النجاح في القيام بذلك من أجل ذباب تسي تسي.

ستساعد المصائد الأكثر فاعلية في تقليل آثار تلك الذباب على صحة ورفاهية الناس والحيوانات. يمكن أن تساعد في منع الآثار الضارة لدغ الذباب على الماشية ، وتساعد في مكافحة الأمراض الخطيرة التي تنقلها الذباب مثل مرض النوم ، وتحمينا نحن والحيوانات من هجمات الذباب بشكل عام.