AI förvärvar en känsla av lukt som kan upptäcka sjukdomar vid andlig andning

AI förvärvar en känsla av lukt som kan upptäcka sjukdomar vid andlig andningAI kommer att kunna analysera föreningar i andetaget. James Gathany

Konstgjord intelligens (AI) är mest känd för sin förmåga att se (som i förarlösa bilar) och lyssna (som i Alexa och andra hemassistenter). Från och med nu, det kan också lukta. Mina kollegor och jag utvecklar ett AI-system som kan lukta mänskligt andetag och lära sig att identifiera en rad sjukdomar som avslöjar ämnen som vi kan andas ut.

Luktsinnehållet används av djur och till och med växter att identifiera hundratals olika ämnen som flyter i luften. Men jämfört med andra djur är den mänskliga luktsansen mycket mindre utvecklad och säkerligen inte används för att utföra dagliga aktiviteter. Av denna anledning är människor inte särskilt medvetna om den rikedom av information som kan överföras genom luften och kan uppfattas av ett mycket känsligt luktsystem. AI kan komma att förändra det.

Under några årtionden har laboratorier runt om i världen kunnat använda maskiner för att upptäcka mycket små mängder ämnen i luften. Dessa maskiner, kallade gas-kromatografiska masspektrometrar eller GC-MS, kan analysera luften för att upptäcka tusentals olika molekyler som kallas labila organiska blandningar.

I GC-MS-maskinen separeras varje förening i ett prov av luft först och smashas sedan upp i fragment, vilket skapar ett distinkt fingeravtryck från vilket föreningar kan identifieras. Bilden nedan är en visualisering av en liten del av data från en analys av ett andetagsprov.

Varje topp representerar ett fragment av en molekyl. Speciella mönster av sådana toppar avslöjar närvaron av olika ämnen. Ofta även den minsta toppen kan vara avgörande. Bland de flera hundra föreningarna som finns i människans andetag kan några av dem avslöja förekomsten av olika cancerformer, även i tidiga skeden. Laboratorier runt om i världen experimenterar därför med GC-MS som ett icke-invasivt diagnostiskt verktyg för att identifiera många sjukdomar, smärtfritt och i rätt tid.

Tyvärr kan processen vara mycket tidskrävande. Stora mängder data måste inspekteras manuellt och analyseras av experter. Den stora mängden föreningar och dataens komplexitet innebär att även experter tar lång tid att analysera ett enda prov. Människor är också benägna att fel, kan sakna en förening eller misstag en förening för en annan.

Hur artificiell intelligens kan hjälpa

Som en del av Loughborough University datavetenskapsteam, mina kollegor och jag anpassar den senaste tekniken för artificiell intelligens för att uppleva och lära sig en annan typ av data: de kemiska föreningarna i andetagsprover. Matematiska modeller inspirerade av hjärnan, kallad djupt lärande nätverk, var specifikt konstruerade för att "läsa" spåren kvar av lukt.


Få det senaste från InnerSelf


Ett team av läkare, sjuksköterskor, röntgenbilder och medicinsk fysiker på Edinburgh Cancer Center samlade andetagsprover från deltagare som genomgår cancerbehandling. Proven analyserades sedan av två lag av kemister och datavetenskapare.

När en gång ett antal föreningar identifierades manuellt av kemikerna fick de fasta datorerna data för att träna djupa inlärningsnät. Beräkningen accelererades av speciella enheter, som kallas GPU, som kan bearbeta flera olika bitar av information samtidigt. De djupt lärande nätverk lärde sig allt mer från varje andetagsprov tills de kunde känna igen specifika mönster som avslöjade specifika föreningar i andningen.

I den första studien fokuserades på att erkänna en grupp kemikalier, kallade aldehyder, som ofta är förknippade med dofter men också mänskliga stressförhållanden och sjukdomar.

Datorer som är utrustade med denna teknik tar bara några minuter att självständigt analysera ett andetagsprov som tidigare tog timmar av en mänsklig expert. Effektivt gör AI hela processen billigare - men framförallt gör den det mer tillförlitligt. Ännu mer intressant, förvärvar denna intelligenta programvara kunskap och förbättras över tid då det analyserar fler prover. Som ett resultat är metoden inte begränsad till något särskilt ämne. Med hjälp av denna teknik kan djupa inlärningssystem utbildas för att upptäcka små mängder flyktiga föreningar med potentiellt vida tillämpningar inom medicin, rättsmedicin, miljöanalys och andra.

AvlyssningenOm ett AI-system kan upptäcka markörer av sjukdom, blir det också möjligt att också diagnostisera om vi är sjuka eller inte. Detta har en stor potential, men det kan också bli kontroversiellt. Vi föreslår helt enkelt att AI kan användas som ett verktyg för att upptäcka ämnen i luften. Det behöver inte nödvändigtvis diagnostisera eller fatta beslut. De slutgiltiga slutsatserna och besluten överlämnas till oss.

Om författaren

Andrea Soltoggio, Föreläsare, Loughborough University

Den här artikeln publicerades ursprungligen den Avlyssningen. Läs ursprungliga artikeln.

relaterade böcker

{amazonWS: searchindex = Böcker; sökord = hälsosam kost; maxresultat = 3}

enafarzh-CNzh-TWnltlfifrdehiiditjakomsnofaptruessvtrvi

följ InnerSelf på

facebook-icontwitter-iconrss-icon

Få det senaste via e-post

{Emailcloak = off}

FRÅN REDAKTORERNA

Varför Donald Trump kunde vara historiens största förlorare
by Robert Jennings, InnerSelf.com
Uppdaterad 2 juli 20020 - Hela coronavirus-pandemin kostar en förmögenhet, kanske 2 eller 3 eller 4 förmögenheter, alla av okänd storlek. Åh ja, och hundratusentals, kanske en miljon människor kommer att dö ...
Blåögon vs bruna ögon: Hur rasism lärs ut
by Marie T. Russell, InnerSelf
I detta avsnitt från Oprah Show från 1992 lärde den prisbelönta antirasismaktivisten och utbildaren Jane Elliott publiken en tuff lektion om rasism genom att visa hur lätt det är att lära sig fördomar.
En förändring kommer att komma...
by Marie T. Russell, InnerSelf
(30 maj 2020) När jag tittar på nyheterna om händelserna i Philadephia och andra städer i landet verkar mitt hjärta efter det som händer. Jag vet att detta är en del av den större förändringen som sker ...
En låt kan lyfta hjärtat och själen
by Marie T. Russell, InnerSelf
Jag har flera sätt som jag använder för att rensa mörkret från mitt sinne när jag upptäcker att det har snett i. En är trädgårdsarbete eller spendera tid i naturen. Den andra är tystnad. Ett annat sätt är läsning. Och en som ...
Maskot för Pandemic och temasång för social distansering och isolering
by Marie T. Russell, InnerSelf
Jag stötte på en låt nyligen och när jag lyssnade på texterna trodde jag att det skulle vara en perfekt låt som en "temalåt" under dessa tider med social isolering. (Text under videon.)