;
Наука 18 февраля 2021

Новая система с машинным обучением определяет болезни по пробам воздуха лучше собак

Далее

Команда исследователей из Массачусетского технологического института (MIT) и других учреждений разработала систему, которая может определять химическое и микробное содержание пробы воздуха с даже большей чувствительностью, чем нос собаки.

Многочисленные исследования показали, что обученные собаки могут обнаруживать многие виды заболеваний, включая рак легких, груди, яичников, мочевого пузыря и простаты и, возможно, COVID-19, просто по запаху. В некоторых случаях, связанных, например, с раком простаты, собаки с 99% вероятностью обнаруживали заболевание, обнюхивания образцов мочи пациентов.

Но для дрессировки таких собак нужно время. Ученые искали способы автоматизировать удивительные обонятельные способности собачьего носа и мозга в компактном устройстве. Теперь команда исследователей из MIT и других учреждений разработала систему, которая может определять химическое и микробное содержание пробы воздуха с даже большей чувствительностью, чем нос собаки. Ученые объединили ее с моделью машинного обучения, которая выявляет отличительные характеристики образцов, сигналящих о болезни.

Открытия, которые, по словам исследователей, когда-нибудь могут привести к созданию автоматизированной системы обнаружения запахов, достаточно маленькой, чтобы ее можно было встроить в мобильный телефон, опубликованы в журнале PLoS ONE в статье Клэр Гест из компании Medical Detection Dogs в Великобритании. Также в проекте приняли участие исследователь Андреас Мершин из MIT и еще 18 ученых из университета Джона Хопкинса, Фонда рака простаты и ряда других институтов и организаций.

Схема исследования для испытания обоняния собак. (A) Две собаки, Флорин и Мидас, выбранные для участия в испытании. (B) Изображение презентационных емкостей. (C) Тестовые емкости помещают в металлический рычаг, прикрепленный к карусели. (D) Сравнение показаний к биопсийно-отрицательному контролю и образцам рака в двойном слепом исследовании. Эта таблица показывает, что из 21 контрольного образца Флорин дал 5 ложноположительных показаний, что дало 76,2% специфичности по сравнению с 6 ложноположительными показаниями Мидас, что привело к 70% специфичности. Обе собаки правильно указали 5 из 7 целевых образцов, что дало чувствительность 71,4. Предоставлено: PLOS ONE, )CC-BY 4.0, creativecommons.org/licenses/by/4.0/)

Последние несколько лет ученые совершенствуют миниатюрную детекторную систему, которая включает обонятельные рецепторы млекопитающих, стабилизированные для работы в качестве датчиков. Потоки данных обрабатываются в режиме реального времени с помощью возможностей обычного смартфона. По словам ученых, детекторы, оснащенные передовыми алгоритмами, разработанными с помощью машинного обучения, потенциально могут обнаружить ранние признаки заболевания гораздо раньше, чем обычный скрининг.

В последних тестах команда проверила 50 образцов мочи от подтвержденных случаев рака простаты и контрольной группы здоровых людей с использованием собак, обученных и обслуживаемых компанией Medical Detection Dogs в Великобритании, и миниатюрной системы обнаружения. Затем они применили программу машинного обучения, чтобы выявить любые сходства и различия между образцами, которые могут помочь сенсорной системе идентифицировать болезнь. При тестировании одних и тех же образцов искусственная система смогла сопоставить показатели успешности собак, причем оба метода набрали более 70%.

По словам ученых, миниатюрная система обнаружения на самом деле в 200 раз более чувствительна, чем нос собаки, с точки зрения способности обнаруживать и идентифицировать крошечные следы различных молекул. Это уже подтверждено контролируемыми тестами, санкционированными DARPA. Чтобы грамотно интерпретировать молекулы ученые использовали машинное обучение. Их цель — попытаться найти неуловимые закономерности, которые собаки могут вывести из запаха, но люди не могут понять с помощью химического анализа.


Читать далее

Создана первая точная карта мира. Что не так со всеми остальными?

Какие бывают дроны и когда появятся пассажирские аэротакси

Посмотрите на самые красивые снимки «Хаббла». Что увидел телескоп за 30 лет?

Загрузка...