Человек давно поставил себе на службу уникальный собачий нюх: четвероногие помощники с успехом помогают в поисках контрабанды и взрывчатых веществ, а недавно они научились определять по запаху и некоторые заболевания – рак, диабет и даже Covid-19. Несмотря на то, что точный механизм «вынюхивания» болезни остается загадкой, исследователи попытались воспроизвести его с участием искусственного интеллекта.
Международная команда исследователей разработала систему с элементами ИИ, которая определяет рак простаты по запаху мочи с той же точностью, что и специально обученные собаки. В дальнейшем инженеры планируют интегрировать технологию в смартфон – крохотный датчик будет связан с интеллектуальным ПО в «облаке».
Рак простаты – второй по частоте летальных исходов вид «мужского» рака в мире, который при этом отличается крайней сложностью для диагностирования. Наиболее распространенный тест, выявляющий уровень простат-специфического антигена, часто дает ложноположительные результаты и «упускает» до 15% случаев заболевания. С другой стороны, как показало исследование 2015-го года, специально обученные собаки способны учуять рак простаты в запахе мочи с точностью в 96%. Увы, собаки могут уставать и отвлекаться, поэтому исследователи решили создать ИИ-систему, которая могла бы работать бесперебойно. Проблема в том, что никто не знает, какой именно компонент запаха помогает собакам «диагностировать» заболевание.
«Знание о том, как пахнет тот или иной предмет, не означает знания о том, из чего этот запах состоит, – говорит Андреас Мершин, исследователь из Массачусетского технологического института. – Собаки улавливают не какую-то конкретную молекулу или их набор, они реагируют на запах в целом».Живые клетки производят целый букет химических веществ, которые присутствуют в коже, крови, моче и дыхании. Искусственные носы, включая созданный Мершином Nano Nose, уже способны определять эти вещества в той же концентрации частиц на миллиард, что и собаки, но собаки определяют рак не по запаху какого-то конкретного вещества, а на основании их сложного сочетания. Чтобы воссоздать этот процесс, исследователи соединили химический датчик с искусственной нейросетью, которую можно обучить путем анализа образцов. Перед этим специалисты натренировали собак определять среди образцов мочи те, которые принадлежали пациентам с раком простаты. Затем такую же тренировку прошла нейросеть, после чего каждый образец мочи был проанализирован методом газово-хроматографической масс-спектрометрии, которая позволила определить молекулярное строение веществ. Полученные данные были загружены в ИИ-систему, которая после тренировки смогла «учуять» раковых пациентов с точностью в 71% (точность определения отрицательных результатов составляла от 70 до 76%).
Не очень высокая точность, правда, сопоставимая с собачьей, была вызвана небольшой выборкой образцов, участвовавших в исследовании. В дальнейшем разработчики планируют довести точность метода до 96% – предыдущие исследования показали, что это возможно. Что касается самого устройства Nano Nose, то его размер, сегодня равный трети размера iPhone10, может быть уменьшен для интеграции в смартфон.
Фото: Leon Neal Getty ImagesЭто новость от журнала ММ «Машины и механизмы». Не знаете такого? Приглашаем прямо сейчас познакомиться с этим удивительным журналом.