跟狗学测癌,开发机器嗅觉功能

陈述根本
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文/陈根

狗,以灵敏的嗅觉闻名,以至于其灵敏的嗅觉能帮人们寻找失踪人员,搜查违禁物品,甚至还能闻出人们是否生病,和是否感染了新冠病毒。事实上,此前已有研究发现,狗狗会通过异常的行为表现提醒主人尚未察觉的病症。

比如,2001 年有报告显示,一名男子的狗不断嗅他腿上的湿疹斑块,后发现那是一个基底细胞癌;2013 年,一名男子的狗持续舔他右耳后面的病变,后来该处被证实是恶性黑色素瘤。

而2015 年,Taverna 等人发表了一篇关于从尿液中检测前列腺癌的关键论文,内容包括 362 例和 540 例健康对照,2 只狗的嗅觉平均敏感度达到 99%,平均特异性为 98%。科学家们认为,这是因为疾病导致人分泌出的挥发性物质组成发生变化,人类的鼻子闻不出异样,狗却能察觉出来。

在这样的基础上,麻省理工的科学家们试图模仿狗狗的嗅觉,研究人员设计了一个系统,模仿犬类的嗅觉探测样本中化学物和微生物的差异,并且,结合机器学习,该系统可通过气味识别出具有特异性特征的样本,或可用于疾病的筛查。其研究结果发表在PLOS ONE。

陈根:开发机器嗅觉功能,跟狗学测癌


研究小组使用两只经过严格训练的医学检测犬 Florin 和 Midas 对人工神经网络(ANN)系统进行训练,并通过气相色谱-质谱仪(GC-MS)辅助进行挥发性有机化合物(VOC)以及微生物的剖析,使用该系统测试了 50 个前列腺癌确诊病例的尿液样本。

随后,通过机器学习使该系统能够找出各个样品之间的相似之处和差异,以帮助传感器系统对疾病进行诊断。结果显示,ANN 具有模拟犬嗅检测尿液样本以诊断前列腺癌的能力。在测试相同的样本时,人工智能探测系统与狗通过嗅觉进行筛选的成功率大致相同,两种方法的准确率均为 70% 左右。

在验证了方法的可行性后,研究人员表示,他们会进一步加大训练,以期把这种算法应用到智能手机中,打造出可以方便检测多种癌症的“电子鼻”,并最终达到与狗鼻子相媲美的准确度。

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