Jak uczenie maszynowe pomaga rozwiązać zagadkę śmierci

Nie rozdziobią nas kruki, wrony, sępy też nie rozszarpią nas na strzępy. Zamiast nich porządek z nami zrobią muchy plujkowate, trupnice, ścierwnice, grabarze, chrząszcze, roztocza i wije. Bezkręgowi padlinożercy, którzy – będąc jeszcze w stadium błyszczących larw – zrobią sobie z nas ucztę. I zostawią po sobie ślad.

Sztuka pożerania

Szacuje się, że larwa muchy żerująca na martwym ciele potrafi zjeść nawet do 35 gramów protein dziennie. Insekty żywiące się rozkładającymi się szczątkami, tzw. owady nekrofagiczne, kolonizują te szczątki w ściśle określony sposób, a w poszczególnych stadiach rozkładu aktywne są różne owady, co ma zasadnicze znaczenie w kryminalistyce. „Określenie czasu, jaki upłynął od śmierci do chwili ujawnienia zwłok, stanowi jedno z najważniejszych zadań medycyny sądowej” – napisały dr Elżbieta Kaczorowska, dr Dorota Pieśniak i prof. Zofia Szczerkowska w pracy pt. „Entomologiczne metody określania czasu śmierci” opublikowanej przez Archiwum Medycyny Sądowej i Kryminalistycznej.

Jedną z metod ustalenia czasu zgonu jest obserwacja owadów nekrofagicznych. Badacze wciąż ją doskonalą. Ostatnio – wprowadzając do niej algorytmy uczenia maszynowego.

Trzy muchy i koń

By ustalić czas zgonu, specjaliści wykorzystują różne metody, w tym biochemiczne i fizykochemiczne. Jednak rozkładanie się zwłok utrudnia, a często wręcz uniemożliwia ich stosowanie. Dlatego wzrok śledczych i specjalistów od medycyny sądowej kieruje się na larwy i czerwie robaków, z których wykluwają się kolejno różne (w zależności od strefy klimatycznej) muchy i chrząszcze. Rozkładające się zwłoki stanowią środowisko sprzyjające rozwojowi określonych grup bezkręgowców. Gatunki te mogą składać na zwłokach jaja, z których rozwijają się larwy. Część z tych larw może potem ulec przepoczwarczeniu.

Naukowcy z Uniwersytetu Albany opracowali technikę uczenia maszynowego pozwalającą szybciej określać gatunki robaków na podstawie ich „chemicznych odcisków palców”

Badanie owadów żerujących na zwłokach nie jest niczym nowym. Zapisy mówiące o wykorzystaniu entomologii w sprawach o morderstwo pojawiły się już w XIII wieku, a w roku 1767 Karol Linneusz stwierdził, że „trzy muchy zjedzą konia tak szybko, jakby to zrobił lew”. Podwaliny pod rozwój medycyny sądowej jako nauki położył na przełomie XIX i XX w. francuski uczony Jean-Pierre Mégnin, profesor zoologii i autor dzieła „La faune des cadavres” (Fauna zwłok).

Odcisk palca robaka

W zależności od klimatu różne owady dokonują rozkładu zwłok w różnym czasie. W klimacie umiarkowanym na martwym ciele najpierw pojawiają się pewne rodziny muchówek, potem muchy, a w trakcie fermentacji tłuszczów chrząszcze, motyle i wije. Etapów tzw. sukcesji owadów na zwłokach jest kilka. Na podstawie badań entomologicznych biegli eksperci mogą zarówno oszacować czas zgonu, jak też określić, czy dana osoba zmarła w miejscu, w którym znaleziono jej ciało. Problem w tym, że larwy trudno identyfikować, a ich hodowla jest czasochłonna i kosztowna.

Wszystkie wspomniane bezkręgowce wytwarzają chemikalia odpowiednie dla swoich gatunków. Dla badaczy są jak odciski palców, bo ich laboratoryjna analiza daje obraz tego, jak długo zwłoki są w rozkładzie i kiedy mogła nastąpić śmierć. Problem pojawia się wtedy, gdy do analizy trafiają mieszanki wydzielin różnych gatunków nekrofagów. I właśnie tu do gry wchodzi uczenie maszynowe.

Algorytm do rozpoznania

Naukowcy z Uniwersytetu Albany (UA) opracowali technikę uczenia maszynowego pozwalającą szybciej określać gatunki robaków na podstawie ich „chemicznych odcisków palców”.

W pracy o długim i zawiłym tytule „Identyfikacja składników gatunkowych populacji robaków odżywiających się rozkładającymi się szczątkami – ułatwienie określenia interwału pośmiertnego i czasu od infestacji tkanek poprzez zastosowanie uczenia maszynowego i bezpośredniej analizy w spektrometrii mas w czasie rzeczywistym” Samira Beyramysoltan, Mónica I. Ventura, Jennifer Y. Rosati, Justine E. Giffen-Lemieux i Rabi A. Musah, badacze Wydziału Chemii UA, opisali, jak uczenie maszynowe ułatwia identyfikowanie robaków. „Badanie demonstruje nowatorskie, szybkie, łatwe i skuteczne podejście do identyfikacji gatunków robaków w próbkach pobranych w terenie” – ocenili.

Zespół wyszkolił swój program komputerowy za pomocą mieszanin różnych kombinacji chemicznych wydzielin sześciu gatunków much. Naukowcy rozszyfrowali sygnatury chemiczne larw owadów za pomocą techniki zwanej spektrometrią mas, która identyfikuje substancje chemiczne poprzez precyzyjny pomiar stosunku masy do ładunku elektrycznego jonu.

Prawie bezbłędnie

Po nauczeniu programu rozpoznawania składu chemicznego każdej mieszanki treningowej naukowcy ustalili, czy potrafi on identyfikować „testowe” mieszanki chemiczne. Program precyzyjnie zidentyfikował większość próbek testowych, co sugeruje, że technika ta może pomóc śledczym w ustalaniu czasu zgonu. Wyniki tych badań zostały opublikowane w ostatnim numerze „Analytical Chemistry”.

Larwy owadów zanurzono w 70-procentowym roztworze alkoholu etylowego, który wystawiono na działanie jonów emitowanych przez spektrometr, by można było uzyskać sygnatury chemicznych zarówno poszczególnych gatunków, jak i ich kombinacji. Analizie poddano mieszaniny kolejno: dwóch, trzech, czterech, pięciu i sześciu różnych gatunków.

Na podstawie wytworzonych profili chemicznych powstał model predykcyjny do późniejszej identyfikacji próbek tkanek nieznanych owadów. Jak się okazało, przy użyciu tego modelu można ustalić konkretne gatunki larw z dokładnością do 94 procent.

Skip to content