陳根:從狗狗到機器,實現嗅覺測癌

文/陳根

狗,以靈敏的嗅覺聞名,以至于其靈敏的嗅覺能幫人們尋找失蹤人員,搜查違禁物品,甚至還能聞出人們是否生病,和是否感染了covid19病毒,事實上,此前已有研究發現,狗狗會通過異常的行為表現提醒主人尚未察覺的病癥,

比如,2001 年有報告顯示,一名男子的狗不斷嗅他腿上的濕疹斑塊,后發現那是一個基底細胞癌;2013 年,一名男子的狗持續舔他右耳后面的病變,后來該處被證實是惡性黑色素瘤。

而2015 年,Taverna 等人發表了一篇關于從尿液中檢測前列腺癌的關鍵論文,內容包括 362 例和 540 例健康對照,2 只狗的嗅覺平均敏感度達到 99%,平均特異性為 98%,科學家們認為,這是因為疾病導致人分泌出的揮發性物質組成發生變化,人類的鼻子聞不出異樣,狗卻能察覺出來,

在這樣的基礎上,麻省理工的科學家們試圖模仿狗狗的嗅覺,研究人員設計了一個系統,模仿犬類的嗅覺探測樣本中化學物和微生物的差異,并且,結合機器學習,該系統可通過氣味識別出具有特異性特征的樣本,或可用于疾病的篩查,其研究結果發表在PLOS ONE。


研究小組使用兩只經過嚴格訓練的醫學檢測犬 Florin 和 Midas 對人工神經網路(ANN)系統進行訓練,并通過氣相色譜-質譜儀(GC-MS)輔助進行揮發性有機化合物(VOC)以及微生物的剖析,使用該系統測試了 50 個前列腺癌確診病例的尿液樣本,

隨后,通過機器學習使該系統能夠找出各個樣品之間的相似之處和差異,以幫助傳感器系統對疾病進行診斷,結果顯示,ANN 具有模擬犬嗅檢測尿液樣本以診斷前列腺癌的能力。在測試相同的樣本時,人工智能探測系統與狗通過嗅覺進行篩選的成功率大致相同,兩種方法的準確率均為 70% 左右,

在驗證了方法的可行性后,研究人員表示,他們會進一步加大訓練,以期把這種算法應用到智能行動電話中,打造出可以方便檢測多種癌癥的“電子鼻”,并最終達到與狗鼻子相媲美的準確度。

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