文/James Carroll

　　瘧疾是一種由瘧原蟲寄生蟲引起的血液疾病，是通過雌瘧蚊在人與人間傳播的。盡管瘧疾是可以治療的，但是據(jù)世界衛(wèi)生組織(WHO)估計，2014年大約有43.8萬人死于瘧疾。

　　“盡管通過使用包括殺蟲劑處理過的蚊帳等措施，人類在防治瘧疾方面已經(jīng)取得了相當(dāng)大的成功，但是仍然需要有新的工具和干預(yù)措施，來對付那些逃過目前的戰(zhàn)略、或是那些正在具有抗殺蟲劑的蚊子。”英國華威大學(xué)工學(xué)教授David Towers博士說。

　　圖1：采用高速相機和定制軟件，研究人員可以有效地繪制蚊子圍繞殺蟲劑處理過的蚊帳的軌跡。(a)未處理蚊帳中的人誘餌顯示大量活動，以及軀干上方和腳部上方的兩處“熱點”，(b)殺蟲劑處理蚊帳中的人誘餌顯示少得多的活動。

　　華威大學(xué)的Towers博士及同事Natalia Angarita和Catherine Towers，以及英國利物浦熱帶醫(yī)學(xué)院(Liverpool School of Tropical Medicine)的昆蟲學(xué)家Philip McCall和Josie Parker，針對這項任務(wù)所采取的一種手段是開發(fā)更有效的蚊帳。

　　這是一項稱為AvecNet的1200萬歐元研究項目，通過使用高速成像技術(shù)，讓研究人員更好地理解蚊子如何與殺蟲劑處理過的蚊帳互動。“一旦理解了這種互動，今后就能夠開發(fā)更復(fù)雜的蚊帳，以及評估能夠在更短的時間內(nèi)提供致命劑量的新殺蟲劑。”Towers博士說。

　　為了分析蚊子的行為，研究人員在非洲坦桑尼亞的野外現(xiàn)場，模仿典型房屋和當(dāng)?shù)鼐用竦乃甙才沤ㄔ炝艘婚g小屋。實驗是在晚間進行的，該時段居民被蚊蟲叮咬的風(fēng)險最大，場景包括使用有殺蟲劑的蚊帳和無殺蟲劑的蚊帳，以及在蚊帳內(nèi)有人睡覺和無人睡覺。

　　“因為蚊子對光線高度敏感，” Towers博士說，“因此有必要使用近紅外(NIR)光照明場景。”為了滿足該要求，研究人員從美國Thorlabs公司(www.thorlabs.com)購買的單個850~880nm LED光源首先放在漫射屏后，以使近紅外光均勻分布。然后，將該漫射器的光用菲涅耳透鏡準(zhǔn)直，以提供有效的1.4×1.0m視場角。

　　為了從背后照明整個場景，使用兩套這樣的照明系統(tǒng)，場景圖像由配備12mm焦距鏡頭的德國Baumer Optronic公司(www.baumer.com)的兩臺400萬像素CMOS Camera Link相機捕獲。

　　“在這些相機前方放置菲涅爾透鏡，以確保大部分的準(zhǔn)直、非散射光能成像系統(tǒng)捕獲。” Towers博士說。然后采用德國Silicon Software公司(www.silicon-software.info)的兩塊Camera Link圖像采集卡，將圖像傳輸?shù)竭\行加拿大NorPix公司(www.norpix.com)的StreamPix 5數(shù)字視頻記錄軟件、配備20TB存儲空間的記錄系統(tǒng)。每小時的實驗產(chǎn)生大小為1.4TB數(shù)據(jù)集的36萬張圖像。

　　由于項目開始時找不到能夠分析如此大量圖像的軟件，該軟件是自主編寫的，首先識別蚊子，然后跟蹤蚊子的運動。為了識別運動，計算了連續(xù)幀之間的差異，通過匹配連續(xù)幀中探測到的感興趣區(qū)域，分割感興趣的對象以及推斷對象軌跡。一旦跟蹤上蚊子，各條蚊子路徑以偽彩色顯示并疊加在圖像上。

　　“我們的研究已經(jīng)表明，蚊子對蚊帳的行為有許多不同的方式，”Towers博士說，“在窺探模式下，蚊子只是簡單地飛行通過區(qū)域;而在訪問模式下，蚊子斷續(xù)接觸蚊帳然后飛走;在休息方式下，蚊子已經(jīng)疲勞，在蚊帳上休息，如果時間超過30秒，蚊子便被殺蟲劑殺滅。也許該研究之前尚未廣為人知的是：通常蚊子處于跳躍模式，在這種模式下，蚊子會接近蚊帳，然后經(jīng)常多次沖過蚊帳。”

　　根據(jù)該知識，英國醫(yī)學(xué)研究理事會已經(jīng)批準(zhǔn)給予研究人員一項Confidence in Concept基金，建立一種創(chuàng)新性的新蚊帳，將證明比目前的方式更有效。今后，Towers博士和同事們計劃不僅繪制睡覺區(qū)域，而是使用八臺相機繪制整個小屋內(nèi)的軌跡，收集高達每小時10TB的數(shù)據(jù)。隨著該團隊日益接近目標(biāo)，他們將有望完全描繪蚊子的行為。