研究人员开发了一种人工智能系统，利用五种不同的面部表情来识别绵羊是否疼痛，并估计疼痛的严重程度。研究结果可用于改善绵羊的福利，也可用于其他类型的动物，如用于动物研究的啮齿动物、兔子或马。
该系统是在教授计算机识别人类面部情绪和表情的早期工作的基础上，能够检测绵羊面部的不同部分，并将其与兽医开发的用于诊断疼痛的标准化测量工具进行比较。他们的研究结果将于今天(6月1日)在华盛顿特区举行的第12届IEEE自动面部和手势识别国际会议上公布。
羊的严重疼痛与脚腐病有关，这是一种极其痛苦和传染性的疾病，会导致脚腐病;或者乳腺炎，一种由伤害或细菌感染引起的母羊乳房炎症。这两种疾病在大群人群中都很常见，及早发现将导致更快的治疗和疼痛缓解。可靠和有效的疼痛评估也有助于早期诊断。
和大多数动物一样，绵羊的面部表情被用来评估疼痛。2016年，前剑桥大学博士后研究员、现切斯特大学动物行为学讲师克里斯塔·麦克伦南博士开发了羊疼痛面部表情量表(SPFES)。SPFES是一种基于绵羊面部表情来测量疼痛水平的工具，并已被证明具有很高的准确性。然而，培训人们使用工具可能是耗时的，个人偏见可能导致不一致的分数。
为了让疼痛检测过程更准确，剑桥大学的研究人员使用SPFES作为一个人工智能系统的基础，该系统使用机器学习技术来估计绵羊的疼痛水平。领导这项研究的彼得·罗宾逊教授通常专注于教计算机识别人脸的情感，但与麦克伦南博士的一次会面让他对探索是否可以在动物身上开发类似的系统产生了兴趣。
剑桥大学计算机实验室的罗宾逊说:“这些年来，人们进行了更多的研究。”“但很多关于动物面部的早期工作实际上是由达尔文完成的，他认为所有人类和许多动物都是通过非常相似的行为来表达情感的，所以我们认为动物和我们在人类面部方面的工作可能有交叉。”
根据SPFES的研究，当一只羊感到疼痛时，它们的面部会发生五种主要变化:眼睛眯起来，脸颊绷紧，耳朵向前折叠，嘴唇向下向后拉，鼻孔从U形变成V形。然后，SPFES将这些特征按1到10的等级进行排序，以衡量疼痛的严重程度。
“有趣的部分是,你可以看到一条清晰的类比这些行动在羊的脸和类似人类的面部表情在痛苦的时候,有一个相似的脸上的肌肉在我们的脸,”合著者Marwa艾哈迈迪博士说,罗宾逊的博士后研究人员的组织。“然而，在机器学习模型中很难将绵羊的脸‘正常化’。从侧面看羊的脸和直视羊的脸是完全不同的，你也没法告诉羊该如何摆姿势。”
为了训练这个模型，剑桥大学的研究人员使用了一个由大约500张绵羊照片组成的小数据集，这些照片是兽医在提供治疗的过程中收集的。这篇论文的合著者、剑桥大学工程系的陆益廷(Yiting Lu)通过在每张照片上标记羊脸上的不同部位，并根据SPFES对它们的疼痛程度进行排名来训练这个模型。
对该模型的早期测试表明，它能够以大约80%的准确率估计疼痛水平，这意味着该系统正在学习。虽然静态照片的结果是成功的，但为了使系统更健壮，他们需要更大的数据集。
该系统的下一个计划是训练它从运动图像中检测和识别羊的面孔，并训练它在羊侧脸或不直视相机时工作。罗宾逊说，如果他们能够很好地训练这个系统，一个摄像头就可以被放置在水槽或其他羊聚集的地方，这个系统就可以识别出任何一只疼痛的羊。然后农民就可以从地里把受感染的羊找回来，并给予必要的医疗照顾。
“我经常在乡下散步，在完成这个项目后，我现在经常停下来和羊说话，确保它们开心，”罗宾逊说。
了下:M2M(机器对机器)
