Екатерина Малкова
Нейроследопыт мелких млекопитающих
Свердловская область, Тюменская область
Средний Урал, Западная Сибирь
Свердловская область, Тюменская область
Средний Урал, Западная Сибирь
040/100
Оценка состояния окружающей среды требует определения видового состава природных сообществ. Обычно для этого животных ловят, и многие из них при этом гибнут. Есть способ гуманнее: следовой тоннель, в котором зверёк оставляет следы и уходит живым. Проблема в том, что определять виды по отпечаткам лап вручную — дело долгое и кропотливое. Мышь-малютка весит всего 7 граммов. Её след на бумаге — меньше сантиметра. Увидеть подобный отпечаток невооружённым глазом — уже задача. А отличить его от следа полёвки, бурозубки или мышовки — ещё сложнее. Теперь этим займётся искусственный интеллект. Нейросеть, обученная на тысячах следов, определяет вид по отпечатку — быстро, точно и без вреда для животных.
Екатерина Александровна Малкова — научный сотрудник Института экологии растений и животных Уральского отделения РАН (ИЭРиЖ УрО РАН), AI-инженер, кандидат биологических наук, доцент.
Родилась 30 декабря 1981 года. В 2004 году с отличием окончила биологический факультет Уральского государственного университета имени А. М. Горького по специальности «эколог». В 2008 году защитила кандидатскую диссертацию. В 2019 году прошла профессиональную переподготовку по программе «Педагог профессионального образования» и получила звание доцента по специальности «экология».
В последние годы активно осваивает смежные с биологией дисциплины: в 2024 году завершила профессиональную переподготовку по Data Science в медицине, в 2025-м — обучение по деплою DL-сервисов, а в 2026-м — углублённый курс по компьютерному зрению.
Мелкие млекопитающие — грызуны и землеройки — важная часть любой экосистемы. Они регулируют численность насекомых и растений, участвуют в почвообразовании, служат кормом для хищников. Это ключевой трофический уровень: без них рушится вся пищевая цепочка.
Мониторинг этих животных важна и для санитарной безопасности. Эти мелкие млекопитающие — природные резервуары инфекций, поэтому отслеживание их численности помогает вовремя реагировать на эпидемиологические риски. А раннее обнаружение чужеродных видов позволяет предотвратить ущерб сельскому и лесному хозяйству.
Но сам мониторинг до сих пор остаётся проблемой. Традиционные методы отлова травматичны и нередко приводят к гибели животных. Гуманная альтернатива — следовые тоннели — существует давно, но её не используют: следы разных видов почти не отличаются, и разбирать их вручную слишком трудоёмко.
Команда Екатерины Малковой решает эту задачу с помощью искусственного интеллекта. Нейросеть, обученная на изображениях следов, определяет вид по отпечатку. Проект «По следам мелких млекопитающих: автоматизация экологического мониторинга с помощью нейросетевых технологий» поддержан грантом Президентского фонда природы.
У СЕРЫХ ПОЛЁВОК ЗУБЫ РАСТУТ ВСЮ ЖИЗНЬ
Коренные зубы не имеют корней и постоянно стачиваются о грубую растительную пищу.
МЫШЬ-МАЛЮТКА ВЕСИТ КАК МОНЕТА
Взрослый самец — 7–10 граммов, новорождённый — меньше грамма. Это самый мелкий грызун Европы.
КУТОРА — ХИЩНИК, КОТОРЫЙ ЕСТ БОЛЬШЕ СЕБЯ
Это единственная землеройка с приспособлениями к полуводной жизни. Она нападает на рыб и лягушек крупнее себя, а съедает за сутки корма больше собственного веса.
Проект «По следам мелких млекопитающих: автоматизация экологического мониторинга с помощью нейросетевых технологий»
География:
Свердловская область: г. Екатеринбург; Горнозаводской округ, Висимский государственный природный биосферный заповедник; Нижнесергинский р-н, п. Бажуково, природный парк «Оленьи ручьи»; Сысертский муниципальный округ, биологическая станция ИЕНиМ УрФУ; Берёзовский муниципальный округ, п. Становая. Тюме нская область: Ишимский муниципальный округ, д. Прокуткино
Объект исследования:
мелкие млекопитающие (грызуны и насекомоядные)
Целевые группы:
серые полёвки (Microtus), лесные полёвки (Clethrionomys), лесные и полевые мыши (Apodemus), мышовки (Sicista), мышь-малютка (Micromys), бурозубки (Sorex), кутора (Neomys)
Метод:
следовые тоннели + нейросетевая идентификация по отпечаткам лап
Партнёры:
ИЭРиЖ УрО РАН, Висимский природный биосферный заповедник, природный парк «Оленьи ручьи», кафедра биоразнообразия и биоэкологии ИЕНиМ УрФУ, кафедра ГлЗЧС УГГУ.
«Когда ИИ правильно определяет сложный, смазанный отпечаток — это радость, почти как фокус, который удался. А когда ошибается — полезная досада: она заставляет возвращаться к данным, искать причины и новые закономерности»
Екатерина Малкова
Нейроследопыт мелких млекопитающих
— Екатерина, что вас подтолкнуло искать другие подходы к мониторингу мелких млекопитающих?
— С группой мелких млекопитающих я работаю ещё с аспирантуры. За это время я всё больше убеждалась, что существующие методы нужно менять. Традиционный подход — отловы живоловоками и давилками — инвазивный. Животные нередко гибнут, а для популяции такой мониторинг сам по себе уже вред. Кроме того, некоторые виды, например землероек, стандартные ловушки почти не отлавливают из-за очень малых размеров. В городах использование живоловок практически невозможно из-за человеческого фактора — оборудование крадут. А в заповедниках его нередко повреждают или перемещают лисы, белки, медведи, куницы. Есть альтернатива — неинвазивные следовые тоннели. Животное заходит за приманкой, оставляет отпечатки лап и уходит. Но здесь возникает другая трудность: определение вида по отпечаткам требует кропотливых ручных измерений и высокой квалификации. Это очень трудоёмко и не позволяет обрабатывать большие массивы данных быстро. Поэтому метод, хотя и гуманный, на практике почти не используется для массового мониторинга.
— И как вы собираетесь решать эту проблему?
— В последние годы появились две новые возможности. Во-первых, развитие искусственного интеллекта, особенно в части распознавания образов. Во-вторых, массовая доступность смартфонов с хорошими камерами. Теперь мы можем вернуться к старому и забытому методу следовых тоннелей, но добавить к нему современную автоматизацию. В этом, наверное, и есть уникальность нашей работы.
«Природа — это наш дом. Не просто "среда обитания" или "ресурс", а именно дом. Где мы живём, дышим, восстанавливаем силы. И за ним нужно ухаживать»
Екатерина Малкова
Нейроследопыт мелких млекопитающих
— То есть сделать мониторинг доступным и массовым?
— Именно. Сейчас мы часто узнаём о том, что какой-то вид исчез или, наоборот, активно расселяется, с большим опозданием. У нас нет дешёвого, масшта бного и регулярного мониторинга. А если инструмент будет простым и недорогим, его смогут использовать не только профессионалы, но и волонтёры, студенты, сотрудники заповедников. Данных станет больше, и мы перестанем реагировать с опозданием на появление чужеродных видов и на вспышки численности.
— В этом году ваш проект по автоматизации мониторинга получил грант Президентского фонда природы. Что вы будете делать в первую очередь?
— Мы планируем реализовать проект в несколько этапов.
Первое — подготовка уникального набора данных. Мы соберём коллекцию изображений отпечатков лап нескольких видов мелких млекопитающих. Этот набор данных станет основой для обучения нейросети.
Второе — обучение и тестирование нейросетевых моделей. Когда они научатся находить и определять следы на следовом картридже, проверим точность разрабатываемого подхода в полевых условиях.
Третье — создание прикладного сервиса. Сделаем простой веб-инструмент, который позволит определять вид по фотографии отпечатка.
И четвёртое — обучение и популяризация. Проведём занятия для зоологов, сотрудников заповедников, преподавателей и студентов.
В итоге мы получим готовый инструмент для мониторинга численности и видового состава грызунов и землероек — без вреда для животных. По ряду параметров он будет экономичнее, удобнее и гуманнее традиционных методов.
— Какие виды нейросеть должна научиться распознавать?
— В фокусе — представители нескольких родов: серые полёвки (Microtus), лесные полёвки (Clethrionomys), лесные и полевые мыши (Apodemus), мышовки (Sicista), мыши-малютки (Micromys), а также насекомоядные — бурозубки (Sorex) и куторы (Neomys). Это широкоареальные виды, характерные для Среднего Урала и Западной Сибири.
«Не бойтесь разнообразия — биологического и культурного. Не упрощайте мир ради удобства, и он ответит вам устойчивостью»
Екатерина Малкова
Нейроследопыт мелких млекопитающих
— В чём главная сложность — собрать отпечатки или обучить нейросеть?
— И то и другое непросто. Собрать качественный набор данных — это месяцы работы в поле, потом разметка, верификация. Нейросеть требует тысяч размеченных примеров. Её обучение — это серия экспериментов и тонкая настройка. Но главная сложность, пожалуй, в том, чтобы сделать инструмент, которому будут доверять профессиональные зоологи и экологи.
— Как вы конкретно собираете отпечатки?
— Мы используем следовые тоннели из пластиковых бутылок. Внутри — бумажный картридж с чернилами из угольного порошка и масла. Зверёк заходит за приманкой, оставляет следы, затем мы фотографируем картридж. Никакого вреда для животных.
— Какой самый распространённый миф о мелких млекопитающих вы встречаете?
— Два основных. Первый — что их в природе очень много и бесконтрольное изъятие (например, для научных сборов или в ходе «санитарных» мероприятий) никак не повлияет на экосистему. Это не так. У большинства видов численность циклически колеблется, и в периоды естественного спада любое дополнительное изъятие может подорвать популяцию. Кроме того, они — основа питания многих хищников. Изменяя их численность, мы вторгаемся во всю пищевую цепочку.
Второй миф — что все мелкие млекопитающие — вредители и их нужно уничтожать. Да, некоторые виды могут наносить урон сельскому или лесному хозяйству. Но большинство выполняют важные функции: рыхлят почву, распространяют семена, регулируют численность насекомых. Природа не делится на «полезных» и «вредных». Даже те виды, которые в одном случае создают проблемы, в другом оказываются необходимым звеном.
— Что может сделать обычный человек, чтобы помочь вам?
— Самое простое и важное — не трогать научное оборудование, если вы его увидели в лесу или в парке. Фотоловушки, следовые тоннели, ловушки с маркировкой — это не мусор и не случайные предметы. Мы часто сталкиваемся с тем, что люди из любопытства или непонимания ломают или уносят такие вещи, и это обнуляет результаты полевых экспериментов.
— Какую роль играет просвещение в вашей работе?
— Сохранение природы немыслимо без изучения. А изучение требует спокойной работы на местах. Когда люди понимают, зачем учёные ставят живоловки, следовые тоннели, камеры, датчики, они перестают воспринимать их как непонятный объект. Просвещение открывает дорогу волонтёрам, спонсорам, новому партнёрству. Мы стараемся не только публиковать статьи, но и рассказывать о своей работе доступно — в интервью, на открытых лекциях, через посты в соцсетях.
— Ваша мечта? Если бы были большие средства?
— Построить мост между биологами, экологами и современными технологиями. Мечтаю запустить проект по созданию больших качественных датасетов. Именно они сейчас — главное ограничение. Нейросетевые модели уже есть, но для их обучения нужны тысячи размеченных примеров. А такой работы для большинства экологических задач пока никто системно не делал. Имея подобные наборы данных, можно обучить фундаментальные модели и внедрить их в повседневную научную работу. Нейросеть — это не замена учёному, а инструмент, который ускоряет выполнение рутинных задач. Это позволило бы быстрее находить решения — от оценки состояния популяций и до обнаружения инвазий.
— Планы после проекта?
— Довести разработку до полноценного приложения для смартфонов. Чтобы исследователь вышел в поле, сфотографировал картридж и тут же получил результат. А также расширять область применения: включать новые виды, адаптировать подход для других регионов РФ.
Теперь мы можем вернуться к старому и забытому методу следовых тоннелей, но добавить к нему современную автоматизацию. В этом, наверное, и есть уникальность нашей работы
Автор текста: Сизова Марина
Автор фото: предоставлено Екатериной Малковой
Читайте также другие истории хранителей
География:
Объект исследования:
Целевые группы:
Метод:
Партнёры:
