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向狗狗学习!MIT团队研发出可筛查癌症的气味探测AI系统

olivia chan

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大量研究表明,训练有素的狗可以仅通过气味就能检测出多种疾病,包括肺癌,乳腺癌,卵巢癌,膀胱癌和前列腺癌,甚至是新冠病毒。在某些情况下,例如涉及前列腺癌,这些狗通过嗅探患者的尿液样本检测出该疾病的成功率为99%。

为此,科学家一直在寻找能够复制犬类表现出的惊人嗅觉能力的方法。现在,MIT联合其他机构的研究人员开发出了一个系统。通过检测空气样品中的化学和微生物含量,结合机器学习,该系统可以识别出带有疾病的样本的独特特征,其灵敏度甚至比狗的鼻子还高。

本项研究的通讯作者,麻省理工学院的研究科学家Andreas Mershin表示,这些狗可以识别出“毫无气味的没有共同的生物分子特征的癌症”。使用人类最强大的分析工具,包括气相色谱质谱法(GCMS)和微生物谱分析,都无法发现分析皮肤癌,膀胱癌,乳腺癌和肺癌的样本中的共同点。然而,狗可以某种方式从一种癌症中泛化,从而能够识别其他癌症。

在最新的测试中,研究小组使用英国医疗检测犬训练和处理过的狗以及小型化检测系统,从确诊的前列腺癌和已知无这种疾病的对照中检测了50个尿液样本。然后,他们应用了机器学习程序来找出样本之间的任何异同,以帮助基于传感器的系统识别疾病。在测试相同样品时,人工系统能够匹配狗的成功率,两种方法的得分均超过70%。

研究人员说,这项成就为进一步研究将该技术发展到适合临床使用的水平提供了坚实的框架。Mershin希望能够测试更多的样本集,以更详细地确定疾病的重要指标。

在过去几年中,Mershin及其团队开发并继续改进了一种小型检测器系统。该系统结合了稳定用作传感器的哺乳动物嗅觉受体,其数据流可以通过典型智能手机的功能进行实时处理。他的设想是有一天,每部手机都将内置一个气味探测器,就像现在手机中无处不在的摄像头一样。他说,这种检测器配备了通过机器学习开发的先进算法,可以潜在地比典型的筛查方案更快地发现疾病的早期征兆,甚至还可以发出烟雾或煤气泄漏的警告。

研究由麻省理工学院的研究科学家Andreas Mershin领导,联合约翰霍普金斯大学,英国米尔顿凯恩斯的医学检测犬,剑桥聚合物集团,前列腺癌基金会,德克萨斯大学埃尔帕索分校,Imagination Engines和哈佛大学的研究人员共同进行。研究成果以论文形式在线发表在PLOS One期刊上。英国医疗检测犬公司的克莱尔·格斯特(Claire Guest)为共同第一作者。

编译/前瞻经济学人APP资讯组

参考资料:

https://news.mit.edu/2021/disease-detection-device-dogs-0217

论文链接:

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0245530


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