Новое исследование показывает, что рак можно обнаружить по запаху, как это делают собаки. Теперь исследователи хотят внедрить эту технологию в телефоны.
Собаки невероятно умеют вынюхивать рак. Они также способны обнаруживать малярию, болезнь Паркинсона и даже вирусы из крови, слюны и мочи. Теперь ученые пытаются воспроизвести то, что делают собаки, — разработать лучший детектор рака.
В новом небольшом исследовании ученые проверили возможность использования датчиков и искусственного интеллекта для воспроизведения того, как собака обнаруживает рак простаты. Амбициозная цель этого исследования — найти правильный элемент, который диагностирует рак на основе запаха, и встроить его в смартфон.
Междисциплинарная группа ученых из Массачусетского технологического института, Фонда рака простаты, Медицинской школы Университета Джона Хопкинса, Гарвардской медицинской школы, Кембриджской полимерной группы и исследовательской некоммерческой организации Medical Detection Dogs в Великобритании впервые предприняла попытку опровергнуть тот факт, что собаки могут вынюхивать рак простаты в моче. Хотя есть несколько исследований, которые показывают, насколько хорошо собаки обнаруживают болезни. Критики говорят, что они недостаточно точны. Однако в двойном слепом рандомизированном клиническом исследовании ученые показали, что собаки могли верно определить скрывающийся в организме пациента рак по моче примерно в 70% случаев. Это был важный первый шаг, потому что им нужно было доказать, что чуйку животного стоит копировать.
В то же время в ходе исследования была предпринята попытка понять, какой именно запах собаки указывает на наличие рака простаты. Чтобы понять генетический состав мочи, группа ученых использовала метод, называемый газовой хроматографией-масс-спектроскопией, для идентификации отдельных молекул в парах образца мочи и использовала микробное профилирование. Наконец, они обучили нейронную сеть, используя данные собак и результаты хроматографии-масс-спектроскопии, чтобы увидеть, может ли алгоритм установить связь между ними. Ученые обсуждают несколько представляющих интерес молекул, которые могут объяснить, что именно собаки обнаруживают в моче и что указывает на рак.
Ученые давно пытались создать роботов, которые различают запахи. Вдохновленное собаками, вынюхивающими бомбы, Управление перспективных исследовательских проектов Министерства обороны потратило как минимум два десятилетия, пытаясь убедить ученых и частные компании разработать устройство, которое может обнаруживать бомбы по запаху. Его программа привела к появлению нескольких инноваций, но ни одна из них не была настолько надежной, как использование собак.
Андреас Мершин, исследователь Массачусетского технологического института, участвовал в проекте DARPA 2007 Real Nose. Во время 15-месячного исследования он и его команда смогли разработать устройство, которое могло вдыхать и обнаруживать отдельные запахи в контролируемой обстановке. Они обучали робота, точно так же, как собак учат распознавать определенный запах, показывая ему разные запахи. Он работал даже лучше, чем собачий нюх, при обнаружении сверхнизких концентраций запахов, связанных с бомбой. Хотя чуйка робота была менее эффективна в неконтролируемой среде, это был большой прорыв. Но Мершин и его коллеги все еще не понимали, как собаки улавливают запах бомб. Причина, по которой это так сложно, говорит Мершин, в том, что нет очевидных биомаркеров, связанных с запахами.
Доктор Джонатан Саймонс, президент Фонда рака простаты, который также работал над исследованием этойболезни, говорит, что собаки похожи на «сомелье рака». Они не выбирают отдельные ароматы или биомаркеры. «Это больше похоже на аккорд нот, а не на отдельную ноту», — говорит он. Вот почему исследователям пришлось применить междисциплинарный подход, чтобы разобраться в том, как собаки понимают рак — им нужно было найти все элементы этого аккорда.
На это ушло два года и команда экспертов по искусственному интеллекту, бихевиористов, урологов, специалистов по микробиому и специалистов по газовой хроматографии-масс-спектроскопии, собрав множество различных данных об образцах мочи, смогли создать искусственный интеллект, который способен распознавать запах рака. Первые результаты впечатляют, потому что они приближают ученых к созданию очень мощного диагностического инструмента.
Искусственный нос собаки стоит намного дешевле, чем самая распространенная диагностика рака простаты — анализ крови на специфический антиген простаты. Этот тест, который, по словам Саймонса, выявляет болезнь простаты в целом, а не конкретно рак простаты, очень дорог. По оценкам исследования 2018 года, опубликованного в JAMA, Medicare потратила 1,2 миллиарда долларов на обследование простаты у мужчин старше 70 лет за трехлетний период.
«Следующее исследование должно быть намного масштабнее», — говорит Саймонс. Если в этом исследовании было всего 50 образцов, то в следующем, чтобы доказать эффективность, потребуется 800. Он и другие исследователи планируют создать базу данных с открытым исходным кодом об этой работе, чтобы другие могли получить к ней доступ и использовать ее.
Между тем, Мершин надеется, что производители смартфонов начнут тестировать эту технологию на своих телефонах. «У него уже есть глазное яблоко — камера. У него уже есть ухо — микрофон. Он почти стал человеческим лицом! Это дополнительное чутье на смартфоне очень важно», — говорит он.
0 Comments