客观日本

当AI取代了狗鼻子

2021年03月24日 信息通信

随着春暖花开,日本的第三波新冠疫情开始好转,日本政府也正酝酿着解除“紧急事态宣言”,那个被民间揶揄的“软封城”的对策。

疫情期间人们普遍对医疗与检疫关心起来,出现了很多奇闻轶事。其中,有一条便是“嗅探犬”的新闻。

国际上最早启用嗅探犬筛查新冠患者的是英国。据《Newsweek》报道,去年4月新冠肺炎在英国爆发以后,英国的慈善机构“医疗探测犬”与伦敦大学卫生热带医学院以及杜伦大学合作,开始训练筛查新冠患者的嗅探犬,并命名为“COVID-19犬”。

2020年9月起,芬兰的4只嗅探犬在赫尔辛基万塔国际机场“上岗”,协助发现新冠病毒无症状感染者。出入万塔机场的旅客可自愿接受检测,将擦拭颈部皮肤的样本放置检测容器中供它们嗅闻。嗅探犬对已感染的样本反应明显。如果发现异常,相关旅客将被带至健康信息站点做进一步检查。

智利的圣地亚哥国际机场也出动嗅探犬进行探测工作。此外,德国也在训练探测新冠患者的嗅探犬。据报道,训练有素的嗅探犬只需10至100个分子样本即可嗅出感染病例,而PCR仪器检测则需要1800万个分子样本。

气味在物理上究竟是多大的粒子?为什么嗅探犬可以嗅出这么精细的味道?受好奇心驱使,笔者将平时不去理会的微观粒子稍做对比,以便有一个直观的理解。

☆ 花粉     10,000~50,000纳米
  ☆ PM2.5     2,500纳米
  ☆ 大腸菌    1,000~2,000纳米
  ☆ 较大的病毒  20~800纳米
  ☆ 气味的粒子  1~20纳米
  ☆ 香烟粒子   1~10纳米
  ☆ 原子的直径  0.1纳米

上述数据以纳米为单位,而1纳米约等于1米的10亿分之一。我们的头发丝的直径大约为70,000纳米。这么一对比,可以看出气味粒子仅仅是原子的10到200倍,的确够微小的了。

既然嗅探犬可以嗅出这么精细的粒子,医疗嗅探犬的出现就顺理成章了。

日本早在2005年就开始训练医疗嗅探犬,设立在千叶县馆山市的“癌探测犬培育中心”让嗅探犬从数十份尿样本的气味里区分癌患者。

现在医疗嗅探犬在日本的有些地方已经开始进入商用服务,例如川崎市的“向丘诊疗所”就开展嗅探犬对多种癌症(肺癌、食道癌、胃癌、大肠癌、肝癌、膀胱癌、前列腺癌、乳癌、子宫癌等等)的检测服务。

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向丘诊疗所的嗅探犬(图片出自向丘诊所官网)

偏僻的山形县金山町在日本医科大学教授的指导下,也引进了利用嗅探犬检测癌症的体检服务。这种体检是采集被测者的呼气,所以,不像抽血化验那样对被测者造成身体负担。据报道,嗅探犬的医疗探测准确率非常高,几乎接近100%,对于癌症的早期发现与治疗很有帮助。

然而,医疗嗅探犬的训练却不是一件简单的事。日本的第一只医疗嗅探犬是从水难救助犬训练过来的。日本现有的5只医疗嗅探犬,非常优秀,但都是经过百里挑一,千锤百炼才成就的。利用嗅探犬进行广泛的医疗检测,似乎还有很长的路要走。

这时,一条激动人心的好消息出现了。

据3月12日的ITmedia报道,由英国“医疗探测犬”、美国约翰霍普金斯大学、美国剑桥高分子集团、美国前列腺癌财团、美国德克萨斯大学埃尔法索分校、美国麻省理工学院、美国Imagination Engines、美国哈佛大学医学院组成的研究团队开发出了一种人工智能(AI)的机器学习系统,该AI系统通过模仿医疗嗅探犬从尿液的气味里检查前列腺癌,其精度达到70%以上。

这种将嗅探犬的嗅觉能力自动化的装置,其灵敏度比嗅探犬的鼻子还要高,可以检测空气样本中的化学物质和微生物的含量。

人工智能与嗅探犬最大的不同在于,它是通过机器学习来分析数据。机器是不知道疲倦的,通过反复大量地喂养数据,AI系统的检测精度可以不断地提高与稳固,学习模型可以不断得到优化与复制。

如果这样的AI系统在大量样本中进行测试,发展到适合临床的水平,那么,便捷快速的医疗检测将得到普及。

戴维
编辑修改:JST客观日本编辑部

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