سگ های تربیت شده می توانند سرطان و سایر بیماری ها را از طریق بو تشخیص دهند. یک بینی هوش مصنوعی با ردیاب کوچک بو هم می تواند مولکول های را ردیابی کرده و با تقلید هوشمندانه از سگ تجزیه و تحلیل کند.
مطالعات متعدد نشان داده است که سگهای آموزش دیده می توانند انواع مختلف بیماری ها – از جمله سرطان ریه ، پستان ، تخمدان ، مثانه و پروستات و احتمالاً Covid-19 را به راحتی از طریق بو تشخیص دهند. به عنوان مثال در برخی موارد ، از جمله سرطان پروستات ، سگ ها با بوگیری نمونه ادرار بیماران ، در تشخیص بیماری تا 99 درصد موفقیت داشتند.
بینی هوش مصنوعی جایگزین سگ ها
اما آموزش این گونه سگها به زمان نیاز دارد و در دسترس بودن و زمان آنها محدود است. دانشمندان در جستجوی روشهای اتوماسیون توانایی بویایی شگفت انگیز بینی و مغز سگ در یک دستگاه جمع و جور بینی هوش مصنوعی هستند. اکنون ، تیمی از محققان در MIT و سایر موسسات سیستمی ارائه داده اند که می تواند محتوای شیمیایی و میکروبی نمونه هوا را با حساسیت حتی بیشتر از بینی سگ تشخیص دهد. آنها این کار را با یک فرایند یادگیری ماشین همراه کردند. که می تواند خصوصیات متمایز نمونه های بیماری را شناسایی کند.
به گفته محققان، ممکن است یافته ها روزی منجر به یک سیستم خودکار تشخیص بو شود. که بتواند در تلفن همراه گنجانده شود. که در مجله PLOS One ، در مقاله ای توسط Claire Guest of Medical Detection Dogs در انگلیس منتشر شده است. آندریاس مرشین ، دانشمند پژوهشگر از MIT ، و 18 نفر دیگر در دانشگاه جان هاپکینز. بنیاد سرطان پروستات و چندین دانشگاه و سازمان دیگر منتشر شده است.
توانایی شگفت انگیز سگ ها
حدود 15 سال است که سگ ها نشان داده اند که اولین و دقیق ترین ردیاب بیماری برای هر چیزی است که ما تاکنون امتحان کرده ایم. عملکرد آنها در تست های کنترل شده در برخی موارد از بهترین تست های آزمایشگاهی فعلی فراتر رفته است. تاکنون انواع مختلفی از سرطان توسط سگها زودتر از هر فناوری دیگر تشخیص داده شده است.
علاوه بر این ، سگها ظاهراً ارتباطاتی را می گیرند که تاکنون از محققان انسانی دور مانده است. برخی از سگها پس از آموزش برای پاسخگویی به نمونه های بیماران مبتلا به یک نوع سرطان ، چندین نوع دیگر از سرطان را شناسایی کرده اند. حتی اگر شباهت بین نمونه ها وجود نداشته باشد که این روش برای انسان مشهود نیست.
این سگ ها می توانند سرطان هایی را که هیچ یک از نشانه های بیومولکولی یکسان ندارند و بدون سابقه قبلی شناسایی کنند. با استفاده از ابزارهای تحلیلی قدرتمند از جمله طیف سنجی جرمی کروماتوگرافی گازی (GCMS) وجود دارد. و مشخصات میکروبی مشابه همه چیزهایی که در دسترس سگ ها برای تشخیص وجود دارد. اگر نمونه هایی از ، مثلاً ، سرطان پوست و سرطان مثانه و سرطان سینه و ریه را تجزیه و تحلیل کنید هیچ چیز مشترکی ندارند. با این حال سگ می تواند به نوعی یادگیری را از یک نوع سرطان تعمیم دهد تا بتواند بقیه را شناسایی کند.
بینی هوش مصنوعی با سیستم ردیاب کوچک سازی شده
مرشین و تیم تحقیقاتی طی چند سال گذشته بینی هوش مصنوعی را ساخته اند. که شامل با سیستم ردیاب کوچک سازی شده گیرنده های بویایی پستانداران است. که برای عملکرد به عنوان سنسور تنظیم شده اند. و می توان جریان داده های آنها را به صورت واقعی و با استفاده از قابلیت های یک تلفن هوشمند معمولی کنترل کرد. وی روزی را تصور می کند که در هر گوشی یک ردیاب رایحه تعبیه شده باشد. همانطور که اکنون دوربین ها در تلفن ها همه گیر شده اند. او می گوید: چنین آشکارسازهایی ، مجهز به الگوریتم های پیشرفته ای می شوند که از طریق یادگیری ماشین ایجاد شده اند. می توانند علائم اولیه بیماری را خیلی زودتر از روش های معمول غربالگری تشخیص دهند. و حتی می توانند در مورد دود یا نشت گاز هشدار دهند.
در جدیدترین آزمایشات ، تیم با استفاده از دو سگ آموزش دیده تحت کنترل سگهای تشخیص پزشکی در انگلستان انجام شد. و سیستم هوشمند تشخیص بو هم به یادگیری و رقابت پرداخت. 50 نمونه ادرار از موارد تایید شده سرطان پروستات و کنترل های شناخته شده بدون بیماری را آزمایش کرد. آنها سپس با استفاده از برنامه یادگیری ماشین ، هرشباهت و اختلاف بین نمونه ها را که می توانند بیماری را شناسایی کند، با کمک سیستم مبتنی بر حسگر بکار بردند. در آزمایش همین نمونه ها ، سیستم مصنوعی توانست با موفقیت هر دو روش بیش از 70 درصد امتیازات موفقیت سگ ها را مطابقت دهد.
دقت و توانایی بالاتر بینی هوش مصنوعی
مرشین می گوید ، سیستم تشخیص هوشمند بو ، 200 برابر حساس تر از بینی سگ است. حتی می تواند آثار کمی از مولکول های مختلف را شناسایی کند. اما هنوز از نظر تفسیر مولکول ها ، صد در صد گنگ است. این همان جایی است که یادگیری ماشین برای پیدا کردن الگوهای دست نیافتنی بکار می آید. ( که سگ ها می توانند از بو استنباط کنند). اما هنوز انسان ها نتوانسته اند از تجزیه و تحلیل شیمیایی استفاده کنند.
مرشین می گوید: “سگها شیمی نمی دانند.” آنها لیستی از مولکول ها را در سرشان نمی بینند. وقتی یک فنجان قهوه را بو می کنید ، لیستی از نام ها و غلظت ها را نمی بینید. احساس یکپارچه ای را احساس می کنید. این حس شخصیت رایحه همان چیزی است که سگ ها می توانند استخراج کنند. “
در حالی که چندین سال است که دستگاه تشخیص بو به لحاظ فیزیکی برای شناسایی و تجزیه و تحلیل مولکول های هوا در حال توسعه بوده است. تمرکز بیشتر بر کاهش اندازه آن بوده است، تاکنون امکان تحلیل وجود نداشت. وی می گوید: ما می دانستیم كه سنسورها از نظر حد قابل تشخیص از آنچه سگها می توانند انجام دهند بهتر هستند. اما آنچه قبلاً آزمایش نشده است این است كه می توانیم یك بینی هوش مصنوعی را برای تقلید از سگها آموزش دهیم. اکنون ما نشان داده ایم که می توانیم این کار را انجام دهیم. ما نشان داده ایم که آنچه سگ انجام می دهد تا حدودی قابل تکرار است.
هزینه بالای تحقیقات
محققان می گویند ، این دستاورد چارچوبی محکم برای تحقیقات بیشتر جهت توسعه فناوری در سطحی مناسب برای استفاده بالینی فراهم می کند. مرشین امیدوار است که بتواند مجموعه ای از نمونه های بزرگتر ، شاید 5000 را آزمایش کند. تا با جزئیات بیشتری شاخص های قابل توجه بیماری را مشخص کند. اما چنین آزمایشی ارزان نیست. به گفته وی ، برای هر نمونه آزمایش شده و گواهی شده ادرار حامل بیماری و عاری از بیماری. جمع آوری ، مستند سازی ، حمل و تجزیه و تحلیل حدود 1000 دلار می شود.
مرشین با تأمل در مورد چگونگی درگیر شدن در این تحقیق. مطالعه ای در مورد کشف سرطان مثانه را به خاطر آورد. که در آن یک سگ مرتباً یکی از اعضای گروه کنترل که ظاهرا عاری از بیماری بود را به عنوان بیمار شناسایی کرد. شخص مورد آزمایش تصمیم گرفت آزمایشات بیشتری انجام دهد. و چند ماه بعد مشخص شد که این بیماری در مراحل اولیه است. مرشین می گوید: “اگرچه این فقط یک مورد است. اما باید اعتراف کنم که مرا تحت تأثیر قرار داده است.”
این تیم شامل محققان MIT ، دانشگاه جان هاپکینز در مریلند. سگ های تشخیص پزشکی در میلتون کینز ، انگلستان. گروه پلیمر کمبریج ، بنیاد سرطان پروستات ، دانشگاه تگزاس در ال پاسو ، موتورهای تخیل و دانشگاه هاروارد بود. این تحقیق توسط بنیاد سرطان پروستات ، انستیتوی ملی سرطان و انستیتوی ملی بهداشت حمایت شد.
https://news.mit.edu/2021/disease-detection-device-dogs-0217