打敗吸血鬼:人工智慧如何對抗蚊子和瘧疾

作者 Jamie Beckett

一講到推動科學發展,Marianne Sinka 對此有著切膚之痛,而且她的皮膚還很癢。

這名牛津大學的昆蟲學家常為了深入進行研究,得犧牲自己的肉體(和血液)來吸引蚊子。如今她打算使用人工智慧來追蹤這種讓人討厭的昆蟲,還有對付牠們身上帶著的致命疾病。

Sinka說:「目前想要查看某個地方有著哪些物種,最好的方法就是坐下來、捲起褲子,看看有哪些蚊子飛來叮你。可是這一招顯然行不太通。」

Sinka 反而跟一群其他的牛津研究人員使用廉價手機和 GPU 加速深度學習來檢測蚊子,他們還想確定這些蟲子是否屬於會傳播瘧疾或其它致命疾病的物種。

他們的目標是幫助瘧疾猖獗地區裡缺乏資金的政府,明白在何時何地進行噴灑殺蟲劑、施打疫苗及其它預防疾病的行動。

致命的蟲子

很少有生物像蚊子一樣這麼被人們所討厭,而且還有著充分的理由:蚊子是世界上最致命的動物。牠造成人類死亡的數字,比起人類被老虎、蛇、鯊魚和狼加總的致死數字還要高。這種吸血昆蟲身上帶著許多威脅人類生命的疾病,包括瘧疾、茲卡病毒、登革熱跟黃熱病。


在非洲主要傳播瘧疾之岡比亞按蚊的雌蚊
(圖片上方)與雄蚊(圖片下方)。圖片提供:疾病控制中心。

世界衛生組織統計2016年光是瘧疾的感染人數便超過兩億人,其中九成在非洲, 並且導致44.5萬人死亡。聯合國兒童基金會的報告指出,大多數死亡人數是五歲以下的兒童

在大約3,500種蚊子裡,僅75種會造成人類感染瘧疾;而在這75種蚊子裡,有約40種被視為瘧疾寄生蟲的主要帶原者。目前研究人員捕捉蚊子(無論以人體來吸引,還是使用昂貴的燈光誘捕器)並且在顯微鏡下進行檢查,以辨識蚊子物種。

必須使用分子法來分辨一些重要的物種,例如檢查蚊子的 DNA 以保證正確加以鑑定。 Sinka 說這些方法既昂貴又耗時。

捕捉嗡嗡叫的蚊子

研究人員將有著聲音感應 app 的智慧型手機放在蚊子叮人的範圍內,而不用靠近這些討人厭的害蟲。蚊子跟人、動物及機器一樣,有著獨特的聲音特徵。

「我們就是討厭蚊子的那股獨特嗡嗡聲。」擁有訊號處理專長的牛津大學博士生 Ivan Kiskin 說。牛津大學與倫敦邱園合作進行這項名為「Humbug」的蚊子研究案。

研究人員使用捕獲之蚊子的拍翅錄音內容及 NVIDIA GPU,訓練神經網路來辨識蚊子翅膀的拍動聲。到目前為止,這款深度學習軟體可以分辨出嗡嗡聲是否來自蚊子劇烈拍動翅膀的聲音,而蚊子拍動翅膀的頻率每秒鐘可達1000次。在多次測試裡,演算法的表現優於人類專家。

Kiskin 說 Humbug 的研究團隊也開始區分物種,但他說得具備額外訓練資料一事讓他們無法更深入發展。

打擊瘧疾

該研究團隊在將手機送到世界各地的研究小組,以求收集更多聲音。研究人員還開發了一款名為 MozzWear 的 Android app,以尋求一般人的幫助。MozzWear 會記錄蚊子的嗡嗡聲和發生的時間地點,使用者可將這些資料發送到公民科學入口網站 Zooniverse

「瘧疾是窮人的疾病。」害蟲專家 Sinka 說。雖在已開發國家仍可見到這種疾病的身影,但在人畜同住的地區更常見,而且這些地區過於貧窮,無力購買空調裝置、紗窗或防護網來覆蓋床鋪。

Kiskin 說:「最終我們能使用自己最棒的演算法和手機,繪製出某地區或國家的瘧疾流行情況,接著便可鎖定有需要的地方提供援助來解決瘧疾這項問題。」