Trí tuệ nhân tạo (AI) giúp giải quyết những vấn đề hệ trọng với sức khỏe cá như thế nào

Một công cụ trí tuệ nhân tạo (AI) mới có thể giúp đưa ra đánh giá chi tiết về da cá hồi Đại Tây Dương hiện đang được phát triển bởi các nhà nghiên cứu tại Nofima.

Trí tuệ nhân tạo là một mảng bao hàm toàn diện của khoa học máy tính, nơi mà máy móc được lập trình để thực hiện các nhiệm vụ mà thường đòi hỏi phải có trí thông minh của con người. Máy móc không biết gì ngay từ đầu, nhưng chúng có thể được thiết lập để nhận ra các mẫu vật có độ phức tạp cao.

Tại Nofima, chúng tôi đã phát triển một gói trí tuệ nhân tạo để đánh giá tình trạng da của cá hồi (đặc điểm thể chất tối quan trọng đối với sức khỏe của cả đàn cá) bằng cách sử dụng nền tảng Aiforia commercial (tạm dịch: nền tảng thương mại Aiforia). Để thiết lập các thuật toán, chúng tôi đã sử dụng một số bộ mẫu vật khác nhau lấy từ cá hồi hai năm nặng 100 g đến cá hồi nặng 5 kg đã sẵn sàng để giết mổ. Điều này dẫn đến một mô hình trí tuệ nhân tạo độc đáo mà mô hình này có thể đánh giá cấu trúc da của cá hồi.

Nhiều mẫu khác

Da là một loại mô rất thích hợp cho quá trình học máy vì nó bao gồm nhiều lớp và nhiều tế bào khác nhau có nhiều hình dạng và kích thước khác nhau. Lớp da ngoài cùng hay lớp biểu bì là rất quan trọng đối với sức khỏe của cá, vì nó bao bọc kín lớp da để ngăn không cho da có kẻ hở và cũng  tham gia vào quá trình chống lại vi khuẩn và vi rút. Phần da này cũng tiết ra chất nhầy đóng vai trò như một lớp bảo vệ xung quanh thân cá. Mô dưới da bao gồm vảy cá và mô liên kết rất quan trọng đối với các chuyển động bơi lội và sự linh hoạt của cá. Tất cả các thành phần này đều được đưa vào mô hình trí tuệ nhân tạo và trong suốt tiến trình trong năm 2020 có gần 1000 hình ảnh đã được phân tích bằng học máy.

Bằng cách sử dụng phần mềm AI để phân tích da, chúng tôi đã kiểm tra mẫu da lấy từ cá hồi được sản xuất tại một địa điểm chăn nuôi thương phẩm ở phía bắc Na Uy. Cùng với sự trợ giúp của mô hình AI, chúng tôi đã phân tích nhiều mẫu hơn so với năng lực bình thường khi sử dụng các biện pháp thủ công, cung cấp tập dữ liệu lớn hơn nhiều nên các phản hồi mẫu trả về cũng nhờ đó mà đáng tin cậy hơn.

Tỷ lệ tử vong và chất lượng da

Kết quả của AI về cá thương phẩm lấy từ địa phận phía bắc của Na Uy đã dạy cho chúng tôi rằng động lực của biểu bì da và mô dưới da là khác nhau. Lớp hạ bì (lớp da nằm dưới biểu bì) phát triển ổn định khi cá phát triển. Điều này có nghĩa là da trở nên dày hơn khi cá lớn lên mà đây là điều kiện quan trọng đối với các chức năng cơ học của cá. Lớp da bên ngoài (biểu bì) không được gắn kết với sự phát triển của cá. Mặt khác, cấu trúc của lớp da này thay đổi phù hợp với môi trường bên ngoài, ví dụ chúng sẽ thay đổi khi nhiệt độ thay đổi.

Chúng tôi cũng có thể thiết lập các mối liên hệ xa hơn giữa tỷ lệ tử vong và chất lượng da. Tỷ lệ tử vong cao nhất trong vài tuần đầu tiên sau khi di chuyển cá ra biển và tỷ lệ cá chết tăng lên sau khi vận chuyển và thời gian gần cuối chu kỳ sản xuất, khi đó cá thường xuyên tiếp xúc nhiều hơn với các biện pháp khử rận cơ học. Tỷ lệ tử vong xảy ra đồng thời với những suy giảm cấu trúc khác nhau trong da cá hồi. Chúng ta đã biết từ các nghiên cứu trước đây rằng việc di chuyển cá ra biển làm suy yếu hệ thống miễn dịch của da (Karlsen và cộng sự, 2018) và thậm chí các vết thương trên bề mặt (bị tróc lớp niêm mạc và vảy) ở cá khỏe mạnh cũng làm tăng nguy cơ bị nhiễm trùng.

Sử dụng mô hình AI trong tương lai

Dựa trên các bảng phân tích của chúng tôi và các nghiên cứu trước đây về vấn đề chữa lành vết thương, có vẻ như da có thể chịu đựng được một số tổn thương và lành lại một cách nhanh chóng. Nhưng chúng ta vẫn biết rất ít về những ảnh hưởng của các biện pháp xử lý cơ học lặp đi lặp lại đối với khả năng tự phục hồi của da cá, hoặc tỷ lệ tróc vảy gây ra các vấn đề gì trong quá trình điều chỉnh cân bằng muối trong cơ thể cá. Cần có nhiều nghiên cứu khoa học có mục tiêu rõ ràng hơn để tìm ra các ngưỡng gây ra tình trạng tróc vảy và tổn thương da của cá biển và đặc biệt là các hình thức khử rận cơ học và các biện pháp xử lý lặp đi lặp lại ảnh hưởng như thế nào đến chất lượng của da cá theo thời gian.

Hiện nay phần mềm này đã được sử dụng cho một số dự án, chúng tôi đang bắt đầu hình thành ý tưởng về lớp da của một con cá khỏe mạnh sẽ như thế nào. Để có được cái nhìn tổng quan hơn về sức khỏe của cá nói chung, chúng tôi đã tiến thêm một bước nữa và phát triển các thuật toán AI tương tự cho gan và mang. Mục tiêu dài hạn của chúng tôi là tạo ra tập dữ liệu lớn và có thể tái tạo cho nhiều cơ quan trong cơ thể để hiểu rõ hơn về mối quan hệ giữa sức khỏe của các cơ quan, dữ liệu sản xuất và cách thức xử lý cá. Những phân tích như vậy sẽ cho phép chúng tôi đánh giá sức khỏe cá một cách tổng thể hơn và thông minh hơn trong tương lai.