Аннотация результатов, полученных в 2022 году
Яйца домашних птиц содержат большое количество ценных микроэлементов и питательных веществ. Они являются главным источником белка и используются для приготовления большого количества традиционных блюд, а также незаменимы для диетического и спортивного питания. Существует предпочтение по признаку пола при производстве мяса птиц, где самец предпочтительнее при производстве бройлеров [https://blog.minifermer.org›read/17/19-tehnologiya-..]. Для производства бройлеров цыплята-самки уступают самцам из-за более низких темпов их роста по сравнению со своими сверстниками. Цыплятам-самкам, чтобы набрать вес, необходимы дополнительные расходы на корм. Более того, цыплята-самки в бройлерных хозяйствах экономически не оправданы при отправке на рынок из-за более низкого прироста массы тела по сравнению с цыплятами-самцами. Однако петушки не могут быть использованы при производстве яиц. Поэтому каждый год в мире более 7,0 миллиардов вылупившиеся из яйца однодневных петушков уничтожаются путем удушья углекислым газом или мацерации из-за этого предпочтения, связанного с гендерной ориентацией производства [https://ru.wikibrief.org›wiki/Chick_culling..]. Такое отношение к живым цыплятам вызывает серьезные этические проблемы и приводит к значительным экономическим потерям. Многие исследователи пытаются применять различные стратегии для определения пола эмбриона до выхода птенцов из яйца основываясь на различиях в содержании ДНК в бластодерме, гормональных различиях в аллантоисной жидкости эмбрионов. Точно установлено, что половые различия существуют в составе органических веществ эмбрионов при инкубации, в запахе яиц, в содержании ДНК, в интенсивности флуоресценции крови и в комбинационном рассеивании [https://sfsca.ru›science…sozdanie…i…polovogo…embrionov…na..]. Но эти методы редко используется в практике, поскольку они разрушают целостность структуры яйца. Широкое распространение в исследованиях определения пола эмбрионов получили методы флуоресценции и рамановской спектроскопии и их комбинации[https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov›28208285/.]. Однако сведений о практической реализации этих методов в анализируемых источниках не обнаружены. Перспективны методы применения компьютерного зрения в период инкубации по анализу изображениях развития кровеносные сосудов эмбрионов, так как они подкреплены значительной теоретической базой. Системы компьютерного зрения могут обеспечить надежную, не разрушающую и прецизионную технологию зондирования и мониторинга различных аспектов производственных процессов птицеводства. Они обеспечат формирования большого объёма разнообразных данных по оценке жизнедеятельности и прогноза половых признаков эмбрионов яиц для последующего анализа. Однако идти по пути проведённых в 2021-2022 году зарубежных исследований в области машинного обучения на основе созданного генетического алгоритма для оптимизации начальных весов и порогов одиннадцати признаков кровеносных сосудов, характеризующих половой диморфизм эмбрионов в первую половину инкубации [https://sci-hub.ru doi: 10.1016/j.japr.100203], не рационально по следующим причинам. Во-первых, исследователи механически вскрывали скорлупу всей партии яиц на 15 день инкубации и определяли пол, когда эмбрион уже находится на стадии болевого порога. Во вторых, в анализируемых источниках не обнаружены даже методики по определению содержании ДНК в бластодерме, гормональных различиях в аллантоисной жидкости, которая позволила бы безболезненно определять пол эмбриона и не нарушать его жизнеспособность. В третьих, как утверждают сами авторы этих исследований, такие факторы, как форма яйца, пятна кальция на скорлупе яйца и внешняя среда получения изображения, могут повлиять на параметры признаков, извлеченных из изображения яйца. Всё это снижает достоверность идентификации пола. Поэтому на основе компьютерного зрения, предложены новые методы для определения полового диморфизма в начальные дни инкубации (1-3 день), а именно: 1) метод определения полового диморфизма путем обнаружения микрообразований кровеносных сосудов и определения их распределения по размерам в выделенной локальной области по изображению желтка яйца, включая бластодиск. Для проведения исследований в этом направлении был разработан алгоритм и компьютерная программа, предназначена для прогноза диморфизма в первые дни по разнице распределения микрососудов по построенной гистограмме дискретных значений количества частиц методом компьютерного зрения. Метод имеет правовую защиту – свидетельство о регистрации программы для ЭВМ RU №2022664104 Компьютерная программа «Определение количества и распределение микрочастиц по изображению поверхности объекта», опубликован в ФИПС 22.07.2022; 2) метод определения полового диморфизма, по различию динамики сердечных сокращений эмбрионов при инкубации. Учитывая, что сердечная деятельность у эмбриона обнаружена на 2-й день инкубации, возможна разработка нового метода ранней оценки полового диморфизма в инкубированном яйце, основанного на гипотезе различия частоты и динамики сердечных сокращений у эмбрионов петухов и куриц. Такой метод оценки полового диморфизма в анализируемых источниках не обнаружен. Факт различия в сердечной деятельности двух полов эмбрионов можно опровергнуть или доказать, лишь применяя современные методы и средства компьютерного зрения. Если в дальнейшем такой подход не удастся реализовать, в этом случае его можно использовать при контроле жизнеспособности эмбрионов в процессе инкубации. Метод имеет правовую защиту – свидетельство о регистрации программы для ЭВМ RU №2022667791«Определение частоты сердечных сокращений эмбриона птицы в период инкубации», опубликована в ФИПС 26.09.2022. 3) Далее предложен новый метод прогноза полового диморфизма зародышей в яйце до инкубации по параметрам формы, включая асимметрии яйца по пространственным координатам путем использования метода компьютерного зрения. В качестве научной гипотезы предполагается, что характер асимметрии по пространственным координатам у зародышей мужского и женского пола куриных яиц различный. В данном случае предлагается определять асимметрию линейных размеров яйца относительно пространственных координат. Стремление к симметрии формы у живых организмов – известный факт, который объясняется уменьшением энтропии в упорядоченных системах [https://en.wikipedia.org›wiki/Radially_symmetric]. Так как компьютерное зрение при получении изображений использует математический аппарат, оно будет эффективно при разработке методов прогноза половых признаков по параметрам формы, включая асимметрии яйца по трём пространственным координатам, до или вовремя их инкубации. Кроме того, предлагаются новые научно-обоснованные подходы к определению полового диморфизма эмбрионов, путём анализа: изменений доминирующей длины волны и насыщенности цвета изображений бластодиска яйца; анализа RGB изображений, отраженного от поверхности объекта исследований в диапазоне от 475 до 900 нм; измерения восьми параметров биоимпеданса в диапазоне от 20 Гц до % МГц и выявление информативных признаков. Для подтверждения возможности реализации новых методов и научно-обоснованных подходов разработан новый многофункциональный исследовательский комплекс технических средств для реализации предложенных методов и подходов, в составе: а) калориметрической установка для получений RGB -изображений методом компьютерного зрения; б) установки для исследования гиперспектрального спектра от поверхности объекта исследования; в) установки импедансной спектроскопии для исследования электрических параметров объекта исследований; г) установки для оценки жизнеспособности и создание необходимых условий для проведения инкубации и вывода цыплят. Применение этого комплекса при исследованиях позволит в дальнейшем провести широкомасштабные исследования по решаемой проблеме и получить достоверные результаты по выбору и оценке эффективности предложенных методов и подходов по определения полового диморфизма эмбрионов в доинкубационный и инкубационный период.

Аннотация результатов, полученных в 2023 году
В ряде европейских стран (Германии, Франции и др.) с 2022 г. начал действовать закон о запрещении массовой выбраковки суточных цыплят (https://www.infosperber.ch/gesundheit/ernaehrung/bruderhaehne-toeten-verboten-nun-sterben-sie-im-ausland/). Производителей обязали использовать технологии определения пола цыпленка до его рождения и предотвращать процесс появления петушков в процессе инкубации. Кроме того, с 2024 г. в странах Европы планируется введение запрета на уничтожение живых эмбрионов в яйце птицы после 6 дня инкубации. Это связано с наличием сердечных сокращений у развивающегося эмбриона уже на 3 день инкубации и серой зоны болевого порога эмбриона на 7 день инкубации яйца куриц. При этом определение пола зародыша в яйце до инкубации остается нерешенной проблемой. В связи с новыми тенденциями, нами были разработаны основные требования к выбору и разработке методов определения пола эмбриона в яйце, которые должны: 1. не разрушать целостность яичной скорлупы или зародыша внутри, то есть быть неинвазивными методами; 2. не оказывать отрицательное влияние на эмбрион в яйце и цыплят в процессе их вывода и дальнейшего их развития; 3. осуществлять отбраковку инкубационных яиц до инкубации или в срок до 6-7 дней, когда маловероятен болевой порог у развивающего эмбриона, то есть быть приемлемым с этической точки зрения; 4. быть быстродействующими, чтобы их можно было применять к большому количеству яиц в производственных инкубаторах; 5. при их реализации должны быть исключены сложные зарубежные технологии и технические, а также прочие другие средств и материалы; 6. обладать приемлемой достоверностью или точностью прогноза полового диморфизма в яйце; 7. не иметь сложных и трудоемких операций, приводящих к удорожанию его коммерческой реализации, т.е. обладать инвестиционной привлекательностью при внедрении на инкубаторах птицефабрик. Установлено, что ни один из существующих методов полностью не соответствует данным требованиям, а также не определяет пол эмбриона в яйце до инкубации, были проведены следующие изыскания и экспериментальные исследования. 1) Применение метода импедансной спектроскопии показал, что форма и характер зависимостей реактивного сопротивления и добротности тождественен и соответствует традиционным зависимостям присущим биологическим объектам в диапазоне частот от 100 Гц до 1 МГц. В области 300-400 кГц экстремумов зависимостей не обнаружено и реактивные сопротивления, измеренные в области 378 кГц коррелирована не с полом, как утверждается в работе [Ching C.T.S. 2023., Bioimpedance-measurement-based non-invasive method for in ovo chicken egg sexing Biosensors Vol.13(4):440], а с массой яиц из партии. При данном методе не обеспечивается повторяемость снятия измерительного сигнала, вносятся искажение за счет вариаций сопротивлений измерительных электродов. Он не имеет перспектив при его коммерческом реализации на практике. 2) При использовании метода гиперспектральной визуализации выявлены 3 длины волны 640, 644 и 688 нм, на которых наблюдаются статистически значимое (p<0,05) различие между средними значениями спектра для разных полов. Однако малый объём данных об объекте исследований не дал однозначного ответа о возможности определения пола эмбрионов куриных яиц до инкубации этим методом. 3) Разработан новый метод определения пола в яйце до его инкубации по анализу асимметрии цифровой модели поверхности яйца, путем машинного обучения при решении задач бинарной классификации для малых выборок с большой размерностью исходного набора переменных признаков: логистическая регрессия, одиночные деревья решений, случайные леса, случайные леса в составе метода адаптивного бустинга. Причём данные асимметрии, характеризующие форму цифровой модели яиц и её отклонение от симметрии, подвергают статическому анализу (критерия: p1 – U-критерий Манна-Уитни и p2 – критерий Колмогорова-Смирнова). При этом выделяют только те данные, у которых уровень значимости в каждой выделенной размерной группе был наименьший. В результате трёх инкубации было идентифицировано по полу 54 петушка и 48 курочек. Обработка цифровых моделей яиц из этой выборки производилась по вышеописанной методике и получены значениями показателей точности AUC=79-80% и F1=81-82%: Random Forest классификатор с 4 оценщиками и максимальной глубиной 3, классификатор случайного леса с 10 оценщиками и максимальной глубиной 5, классификатор AdaBoost с 4 оценщиками дерева решений и максимальной глубиной 3 Полученные результаты показывают, что новый метод с предложенной комбинации ей алгоритмов машинного обучения позволяет разрабатывать модели классификации для задач, в которых пространство признаков значительно превышает размер выборки, в которой имеются неоднозначно идентифицируемые выборки. Эти результаты вносят значимый вклад в решении сложной мировой проблемы определения пола эмбриона в яйце до его инкубации.