Disease-Sniffing探测器对手狗的鼻子

众多的研究表明,受过专门训练的狗可以检测多种疾病,包括肺癌、乳腺癌、卵巢、膀胱、前列腺癌,可能Covid-19——仅仅通过气味。例如,在某些情况下,包括前列腺癌检测的狗有一个99%的成功率疾病通过嗅闻病人的尿液样本。

但它需要时间来训练这些狗,和他们的可用性和时间是有限的。科学家们一直在寻找方法,自动化神奇的狗鼻子的嗅觉功能和大脑,在一个紧凑的装置。现在,麻省理工学院的一组研究人员和其他机构提出了一个系统,可以检测空气样品的化学和微生物含量与更大的敏感性比狗的鼻子。他们耦合这一个机器学习的过程,能够识别疾病轴承样品的独特的特点。

这些发现,研究人员说还显示其带有气味感觉有一天可能导致一个自动化系统小到可以被纳入一个手机,今天发表在《华尔街日报》《公共科学图书馆•综合》一篇论文中,克莱尔客人的医疗检测狗在英国麻省理工学院的研究员安德烈亚斯Mershin,约翰霍普金斯大学18人,前列腺癌基金会和其他一些大学和组织。

“狗,现在15年左右,已经被证明是最早,最精确的疾病探测器在任何我们试过,“Mershin说。和他们的表现在控制测试中在某些情况下超过当前最好的实验室测试中,他说。“到目前为止,许多不同类型的癌症早发现了狗比其他任何技术”。

显然更重要的是,狗接连接,迄今为止没有人类研究人员:训练时应对患者样本的一种癌症,一些狗然后发现其他类型的癌症——尽管样本之间的相似性对人类并不明显。

这些狗可以识别“癌症,没有任何相同的生物分子签名共同点,没有什么气味,“Mershin说。使用功能强大的分析工具,包括气相色谱质谱(GCMS)和微生物分析,“如果你的分析样本,比方说,皮肤癌、膀胱癌和乳腺癌和肺癌——所有东西狗已被证明是能够发现,他们毫无共同之处。”Yet the dog can somehow generalize from one kind of cancer to be able to identify the others.

Mershin和团队在过去几年发展,并继续改进,微型探测器系统,包括哺乳动物嗅觉受体稳定作为传感器,可以实时处理数据流的一个典型的智能手机的功能。他设想有一天每个手机都会有一个内置的气味探测器,就像相机现在无处不在的电话。这样的探测器,配备先进的通过机器学习算法开发,可能接疾病的早期迹象,远远早于典型的筛选制度,他说,甚至可以警告吸烟或气体泄漏。

在最近的测试中,测试团队50的尿液样本从前列腺癌的确诊病例和控制疾病的是免费的,使用这两种狗训练和由医疗检测狗在英国和小型检测系统。然后应用机器学习程序梳理出任何样本之间的相似点和不同点,可以帮助传感器系统来识别疾病。在测试中相同的样本,人工系统能够匹配成功率的狗,用两种方法得分超过70%。

Mershin说,小型检测系统,实际上是比狗的鼻子更敏感200倍的能够探测和识别微小的不同分子的痕迹,是通过控制测试由美国国防部高级研究计划局确认。但在解释这些分子方面,“笨是100%。”That's where the machine learning comes in, to try to find the elusive patterns that dogs can infer from the scent, but humans haven't been able to grasp from a chemical analysis.

“狗不知道任何化学Mershin说。“他们不看到分子的列表出现在他们的头。当你闻到一杯咖啡,你看不到名称和浓度的列表,你会感到一种集成的感觉。感觉气味的性格是我的狗可以。”

而物理仪器检测和分析分子在空气中已经开发了几年,大部分集中在减少其大小,直到现在缺乏分析。“我们知道传感器已经比狗能做什么检测的极限,但我们以前没有显示,我们可以训练一个人工智能模拟狗,”他说。“现在我们已经表明,我们可以这样做。我们已经表明,什么狗可以在一定程度上被复制。”

研究人员说,这一成就,为进一步的研究提供了一个坚实的框架来开发适合临床使用的技术水平。Mershin希望能够测试一组更大的样本,也许5000年,确定更加详细的疾病的重要指标。但这些测试并不便宜:它的花费大约为1000美元每样例临床测试和认证的携带疾病和无病尿液样本收集,记录,发货和分析,他说。

反思他如何成为参与这项研究,Mershin召回膀胱癌的研究发现,狗不停地识别错一个成员的疾病对照组是积极的,尽管他已经专门选择基于医院测试是无病。病人,谁知道狗的测试,选择进一步测试,几个月后发现这种疾病在非常早期的阶段。“虽然这只是一个案例中,我不得不承认确实影响我,“Mershin说。

参考:

客人C,哈里斯R, Sfanos KS等。集成的可行性犬类嗅觉与尿液的化学和微生物分析检测致命的前列腺癌。《公共科学图书馆•综合》。2021年,16 (2):e0245530。doi:10.1371 / journal.pone.0245530

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