Среди развлечений, распространившихся в Великобритании на волне египтомании первой половины XIX века, выделялся светский ритуал «распеленания»: привезти из Египта в качестве сувенира мумию, пригласить гостей и устроить шоу за дневным чаем, когда с мумии снимали покрывавшие её оболочки, разматывали льняные бинты, дабы полюбоваться на иссохший труп. Естественно, для сохранности мумии процедура не сулила ничего хорошего. Вероятно, таким образом «любители» древностей уничтожили сотни мумий.
Но и позднее, когда пришло осознание ценности древних останков, вульгарное вскрытие оставалось единственным способом исследования драгоценного тела — пока не появился рентген. Кстати, исследование египетских мумий стало первым немедицинским применением рентгена, и было это в 1895 году, всего через несколько месяцев после открытия рентгеновских лучей. Рентген в дальнейшем применялся к мумиям очень широко и подбросил египтологам немало сюрпризов, когда мумии оказывались не тем, чем они кажутся. А в 1979 году к мумиям впервые применили КТ.
Сейчас компьютерная томография давно стала дешёвой и доступной «неразрушительной» методикой, широко применяющейся к разнообразным археологическим находкам. А такие продвинутые подходы, как синхротронная микротомография, позволяют изучать внутреннюю структуру уникальных объектов с высоким разрешением, производя, так сказать, виртуальное вскрытие. Именно синхротронный томограф использовался, чтобы исследовать содержимое черепа Австралопитека седиба и ряда других палеоантропологических «знаменитостей».
Однако подход не лишён трудностей. Полученное изображение необходимо сегментировать, выделяя, например, те же самые покровы мумии, внутренние органы, зубы, скелет, а иногда более мелкие объекты, типа личинок насекомых. Такие задачи в КТ решают с помощью искусственного интеллекта. Подобные методики разрабатывались, прежде всего, для медицинских задач — например, для исследований печени человека.
Однако в случае синхротронной микротомографии алгоритмы, разработанные для обычных томографов, не годятся. Специалистам приходится проводить сегментирование фактически вручную, и на это даже при исследовании небольшого образца могли уйти недели. Ситуацию усложняет то, что объёмы данных, получаемых в результате синхротронной микроКТ, крайне велики и продолжают расти (до 2 TiB за один скан!) Существовавшие решения позволяли работать только в случае, когда сканировались объекты высокой контрастности, с чёткими контурами. Увы, такой подход не различал мягкие ткани, кости и зубы внутри мумии.
И вот исследователи из Мальтийского университета (L-Università ta’ Malta) разработали Automated SEgmentation of Microtomography Imaging (ASEMI) — инструмент для автоматической сегментации объёмных изображений. Цель разработки — добиться, чтобы время работы с археологическими объектами сократилось до нескольких часов. Для разработки использовали модель машинного обучения, которую тренировали, сегментируя КТ мумий вручную. Как пишут авторы, разработанный программный продукт может сегментировать очень большие объемы данных — в десятки и даже сотни гигабайт. И, что важно, использовано только свободно распространяемое ПО, а результат разработчики выложили в открытый доступ для всех желающих.
ASEMI протестировали на нескольких древнеегипетских мумиях животных, относящихся к греко-римскому периоду (от III века до н. э. до IV века н.э.). А качество результата сравнили с работой дорогостоящего коммерческого софта, созданного для сходных задач, и показали, что ASEMI работает значительно быстрее, а точность сегментация почти такая же, как при ручной сегментации.
Каким же мумиям «посчастливилось» участвовать в исследовании? Это четыре находки, хранившиеся в музеях Гренобля: щенок, мумия хищной птицы и два ибиса — один завёрнутый в ткань и второй в керамическом сосуде. Все четыре объекта отсканировали в Европейском центре синхротронного излучения (ESRF) в Гренобле.
Исследователям удалось выяснить, что щенок, когда его мумифицировали, уже заметно разложился. С помощью нового алгоритма удалось построить реконструкцию мумии ибиса в деталях, включая перекрученную шею, сломанный позвоночник — вероятно, именно так и погибла птичка. Выяснилось даже, что кости крыльев ибиса поражены остеопорозом. Установили также, что керамический сосуд, в котором находилась мумия, изготовили на гончарном круге, вращавшемся по часовой стрелке, а крышку к ней приклеили с помощью некой разновидности строительного раствора.
Ещё любопытней информация о мумии хищной птицы, которая оказалась т.н. «псевдомумией», то есть не содержала целого тела животного. От хищника имелась только голова, которая крепилась к свертку с помощью стебля растения, а внутри бинтов находился птенец какой-то морской птицы. Картина обычная для Древнего Египта греко-римского периода, таких «псевдомумий» известно много.
Интересно, какие ошибки алгоритм совершал при сегментации: в мумии щенка в 26% случаев «зубы» были выделены как «кости». Это неудивительно, учитывая сходство этих объектов по плотности и текстуре. Аналогично, у мумии хищной птицы в 14% случаев алгоритм принял «дерево» за «мягкие ткани», а внешний слой текстиля оказалось сложно отличить от более плотной ткани, пропитанной бальзамирующей смолой.
Исследователи пишут в статье в PLOS ONE, что их разработка может применяться в самых разных областях: в промышленности для поиска пустот, трещин и дефектов в изделиях; в медицине для визуализации опухолей; в геологии, электронике и даже при исследовании продуктов питания. А мы ждём новых интересных исследований мумий.