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AI「開天眼」 掃描蛾類影像「2048層特徵」發現…

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記者陳弋/台北報導

人工智慧發現了蛾類色彩與海拔環境的終極密碼!中研院生物多樣性研究中心副研究員沈聖峰與資訊所研究員陳昇瑋領導的團隊,結合了蛾類公民科學資料與人工智慧深度學習技術,發現「蛾類的色彩多樣性會隨著海拔下降而增加」,同時蛾的身體與前翅相對於整體的明暗度,有隨海拔升高而下降的趨勢!研究成果於2019年10月7日發表在國際頂尖專業期刊《自然通訊》(Nature Communications)。

▲中研院生物多樣性研究中心副研究員沈聖峰。(圖/記者陳弋攝影)

沈聖峰指出,早在19世紀,和達爾文齊名的英國博物學家華萊士(A. R. Wallace)就留意到生物的色彩多樣性會隨著海拔梯度變化,近年來也有不少發表於知名期刊的相關論文。然而,此領域的發展一直受限於如何取得質量兼具的影像資料,以及客觀量化生物的視覺特徵(如體色、紋路等),所以未能解讀出一致的變化趨勢。當這個研究結合人工智慧方法與公民科學資料,終於找到突破口!

▲分布在0~500公尺間的蛾類顏色多樣性較高,這和「氣溫」大有關係。(圖/記者陳弋攝影)

相較於過往以人工方式決定視覺特徵的標記與量化方式,沈聖峰說,這份研究以2萬筆影像為基礎,經過研究團隊將標本資料去背、裁切、縮放等標準化操作,應用人工智慧領域中「遷移學習」的技巧,以「殘差網絡」迴歸預測物種的平均海拔分布,抽取出與海拔梯度相關之特徵,例如顏色和形狀。

▲分布在2、3千公尺以上的蛾類顏色多樣性較低,且多見較暗的體色。(圖/記者陳弋攝影)

沈聖峰說,人工智慧可看到人眼看不到的細節,透過分析一塊塊的影像以及多層特徵,便可單靠一張影像預測其海拔分布,若影像數據足夠,精準度最高可達96%。0-500公尺的蛾類顏色較多元,500公尺以上的蛾類色彩多樣性漸低。研究指出,這是有因果關係的,低海拔溫度較高,沒有吸熱需求的限制,蛾的顏色傾向亮而多元;高海拔溫度較低,較暗的體色更容易吸熱,有利在低溫中生存。

▲中央研究院生物多樣性研究中心副研究員沈聖峰(左三)與資訊所研究員陳昇瑋(左二)率領之研究團隊。(圖/記者陳弋攝影)

沈聖峰還提到,這篇論文的資料多數源於2011~2016年,由行政院農委會特生中心副主任林旭宏與研究助理施禮正帶領103位蛾類公民科學志工,蒐集超過2萬筆蛾類標本的數位化影像。這些影像經施禮正與中研院生多中心博士後研究員吳士緯鑑定,為近2千種的蛾類(台灣已知有4千4百種)。

沈聖峰認為,研究成果對於高度多樣化的分類群中的稀有物種相當有價值,比如說當人工智慧預測某一種蛾類的分布範圍較窄,代表該物種可能需要我們的保護,特別是那些可能導因於人為、氣候變化而經歷分布範圍變化的物種。

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