تعمل تقنيات الذكاء الاصطناعي على تسريع تحليل الطب الشرعي ليرقات مسرح الجريمة الحاسمة

إن وجود كتلة من الديدان المتلوية على ضحية جريمة قتل متحللة لا يعتبر مشهدًا شديد الحساسية، ولكنه دليل بالنسبة للبعض. يمكن أن يوفر عمر اليرقة وأنواعها معلومات أساسية لعلماء الحشرات الشرعيين الذين يحققون في جرائم القتل. (على سبيل المثال، تم العثور على يرقة ذبابة حصان متلوية على جثة بعيدة عن الماء، مما أعطى علماء الحشرات في عام 2022 دليلًا رئيسيًا على المكان الذي جاءت منه الجثة). ومن خلال تمشيط يرقات الذباب هذه، يمكن للمحققين معرفة متى وأين حدثت الجريمة، وما إذا كان قد تم نقل الجثة أو ما إذا كانت السموم متورطة.

على سبيل المثال، يعد الذباب المنتفخ من أوائل الحشرات التي استعمرت الجثث؛ عادةً ما يقومون بالشم ووضع البيض على الجثة في غضون دقائق إلى ساعات. تعتمد سرعة تطور الديدان (وتسمى أيضًا اليرقات) على الحرارة والرطوبة ونوع الحشرة وجنسها. لاستخدام هذا الدليل، يجب على الباحثين عادةً تنمية اليرقات حتى سن البلوغ في بيئة معملية ومن ثم التعرف عليها، إما بصريًا أو عن طريق التسلسل الجيني. ولكن ماذا لو ماتت اليرقات أو فقدت، أو لا يوجد حمض نووي عالي الجودة أو لا يتوفر الوقت – أو المعدات – لتسلسل جينومات الذباب؟ يقول ربيع موسى، عالم الكيمياء العضوية الحيوية في جامعة ولاية لويزيانا: “لا يمتلك الأشخاص في المختبرات الجنائية ببساطة الخبرة المقيمة أو الموارد اللازمة ليتمكنوا من إجراء تحليل الحمض النووي بشكل روتيني على أدلة الحشرات”.

ولمواجهة هذه التحديات، قام موسى وباحثون آخرون بدمج خوارزميات التعلم الآلي مع طرق مثل التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء والتنميط الكيميائي لتحديد أنواع الديدان وجنسها بسرعة. يمكن لمثل هذه الأدوات أن تساعد الخبراء في التعرف بسرعة على الديدان بدون الحمض النووي لليرقات، أو بدون اليرقات تمامًا، فقط ما تتركه وراءها، مما يوفر الوقت والمال الذي يتم إنفاقه عادةً في التسلسل. ويمكنهم أيضًا مساعدة المحققين في إجراء القياسات في مسرح الجريمة نفسها لتحديد جنس اليرقات.

حول دعم الصحافة العلمية

إذا كنت تستمتع بهذا المقال، ففكر في دعم صحافتنا الحائزة على جوائز من خلال الاشتراك. من خلال شراء اشتراك، فإنك تساعد على ضمان مستقبل القصص المؤثرة حول الاكتشافات والأفكار التي تشكل عالمنا اليوم.

قام موسى بقياس الملامح الكيميائية، التي تسمى المستقلب، لبيض الحشرات واليرقات والعذارى باستخدام نوع من قياس الطيف الكتلي، وهي تقنية يمكنها تفكيك جزيئات تسمى المستقلبات بناءً على كتلتها وشحنتها. باستخدام هذه البيانات، تقوم هي وفريقها ببناء قاعدة بيانات استقلابية كبيرة لمعظم الحشرات التي تستعمر البقايا المتحللة. إن خوارزمية التعلم الآلي الخاصة بفريقها، والتي تم تدريبها على البيانات، ستسمح للباحثين الذين يستخدمون مقياس الطيف الكتلي، وهو أقل تكلفة وأسهل بكثير في الاستخدام من جهاز تسلسل الحمض النووي، بمطابقة ملف كيميائي جديد بشكل موثوق مع نوع من الحشرات في أقل من خمس دقائق.

يمكن أن ينجح نهج مماثل حتى بدون اليرقات نفسها. في بعض الأحيان يصادف الناس جثثًا متحللة تمامًا بعد مرور عدة أشهر أو سنوات على جريمة القتل. يقول موسى إنه بحلول ذلك الوقت تكون اليرقات قد اختفت منذ فترة طويلة، والدليل الحشري الوحيد المتبقي هو القشرة الخارجية الصلبة للعذارى، وهي أدوات التحول التي يتم التخلص منها بعد أن تصبح اليرقات ذبابًا بالغًا.

من المستحيل التعرف على أغطية الشرانق بالعين المجردة، وفي كثير من الحالات، يكون الحمض النووي الموجود بداخلها قديمًا جدًا ومتدهورًا بحيث لا يمكن تسلسله. ولكن كما ذكرت مجموعة موسى في ورقة حديثة في الكيمياء الجنائية، فإن طريقتهم – البصمات الكيميائية التي يتبعها التصنيف بمساعدة الآلة – تعمل مع الأغلفة أيضًا. إن العثور على الملف الكيميائي للأغلفة يمكن أن يكشف عن السموم الموجودة في أجسام الضحايا لأن اليرقات تميل إلى تخزينها في أغطية العذراء. (قد يشير معدل التحلل الجزيئي أيضًا في يوم من الأيام إلى عمر الأغلفة).

تحاول مجموعات أخرى أيضًا استخدام التعلم الآلي لفهرسة زوار يرقات مسرح الجريمة: على سبيل المثال، قام فريق من الباحثين في جامعة تكساس إيه آند إم مؤخرًا بتطوير طريقة تجمع بين قياسات الأشعة تحت الحمراء من جهاز محمول والتعلم الآلي لتحديد جنس يرقات الذبابة المنتفخة.

تتطور اليرقات الذكور والإناث بسرعات مختلفة ويمكن أن تساعد الباحثين في تحديد وقت استعمار البقايا لأول مرة، لكن لا يمكن تمييز جنسهم بالعين المجردة. لتحديد الجنس، يمكن للباحثين سحق اليرقات وتضخيم الحمض النووي الخاص بها باستخدام تفاعل البوليميراز المتسلسل، وهو أمر يستغرق وقتًا طويلاً، ويجعل اليرقات عديمة الفائدة لأي دراسات أخرى، ولديه فرصة 80 بالمائة فقط للعمل بشكل صحيح. شرع إيدان هولمان، وهو طالب دراسات عليا في علم السموم بجامعة تكساس إيه آند إم، وزملاؤه في العثور على جنس اليرقات دون الحاجة إلى مزجهم.

بعد تربية اليرقات الذكرية والأنثوية بشكل منفصل لأول مرة، استخدمت مجموعة هولمان جهازًا محمولًا للتحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء “لتصويرها” وقياس الضوء المنطلق. تعمل البروتينات والدهون والجزيئات الأخرى التي تشكل اليرقات على تشتيت الضوء بطرق فريدة، مما يولد “بصمة طيفية” محددة تعتمد على الجنس. ثم قام الباحثون بتدريب نموذج للتعلم الآلي على هذه البيانات الطيفية ووجدوا أنه يمكنه التنبؤ بجنس اليرقات بدقة تزيد عن 90 بالمائة. بعد ذلك، سيقومون بجمع البيانات من مجموعة أكبر بكثير من الذباب لتدريب نموذجهم.

تؤكد باولا ماجني، عالمة الحشرات في الطب الشرعي بجامعة مردوخ، والتي لا تشارك في أي من المشروعين، على أن قواعد بيانات التعلم الآلي هذه ستحتاج إلى فحص رسمي، كما هو الحال مع بنوك تسلسل الحمض النووي، لذلك لا يتم إلغاء النتائج قانونيًا لاحقًا. وتضيف أن استخدام الذكاء الاصطناعي على نطاق أوسع في هذه العملية يمكن أن يكون محفوفًا بالمخاطر. وتقول: “إن قلب عملة الذكاء الاصطناعي يمكن أن يصبح خطيرًا جدًا في سياق الطب الشرعي، لأنه يمكن أن يتسبب بالفعل في إجهاض العدالة”. بالإضافة إلى ذلك، سلطت هي وموسى الضوء على أن هناك حاجة إلى مزيد من الأبحاث حول كيفية تحريف المواد الأخرى في الجسم للعلامات الجزيئية، ويقوم موسى بسحب البيانات من أكبر عينة حشرات عالمية قدر الإمكان للعثور على العلامات التي تظل ثابتة. يقول موسى: “إن تعزيز قاعدة البيانات وتوسيعها ينطوي على عملية لا تنتهي أبدًا”.

يعتقد جيف تومبرلين، عالم الحشرات الشرعي في تكساس إيه آند إم، والذي لم يشارك أيضًا في أي من المشروعين، أنه يجب دمج الأساليب المتطورة مثل التعلم الآلي في أعمال الطب الشرعي. لكنه يشير إلى أن دقتها وإحكامها وتحيزاتها المحتملة على المدى الطويل تحتاج إلى دراسة متأنية أيضًا. ويقول: “نحن في مرحلة مبكرة من تطبيق هذه الأساليب في هذا المجال بالذات”. “لذا، إذا كنت تفكر في الأمر وكأنه قوس، فنحن في بداية القوس.”

حان الوقت للدفاع عن العلم

إذا استمتعت بهذا المقال، أود أن أطلب دعمكم. العلمية الأمريكية لقد عمل كمدافع عن العلوم والصناعة لمدة 180 عامًا، وربما تكون اللحظة الحالية هي اللحظة الأكثر أهمية في تاريخ القرنين.

لقد كنت العلمية الأمريكية مشترك منذ أن كان عمري 12 عامًا، وقد ساعد ذلك في تشكيل الطريقة التي أنظر بها إلى العالم. SciAm يثقفني ويسعدني دائمًا، ويلهمني شعورًا بالرهبة تجاه عالمنا الواسع والجميل. وآمل أن يفعل ذلك بالنسبة لك أيضا.

إذا كنت الاشتراك في العلمية الأمريكيةأنت تساعد في ضمان أن تغطيتنا تركز على البحث والاكتشاف الهادف؛ وأن لدينا الموارد اللازمة للإبلاغ عن القرارات التي تهدد المختبرات في جميع أنحاء الولايات المتحدة؛ وأننا ندعم العلماء الناشئين والعاملين على حد سواء في وقت لا يتم فيه الاعتراف بقيمة العلم نفسه في كثير من الأحيان.

وفي المقابل، تحصل على الأخبار الأساسية، ملفات بودكاست آسرة، ورسوم بيانية رائعة، لا يمكنك تفويت النشرات الإخبارية ومقاطع الفيديو التي يجب مشاهدتها، ألعاب التحدي، وأفضل الكتابة والتقارير في عالم العلوم. يمكنك حتى إهداء شخص ما اشتراكًا.

لم يكن هناك وقت أكثر أهمية بالنسبة لنا للوقوف وإظهار أهمية العلم. آمل أن تدعمونا في تلك المهمة.