ساخت شبکه‌ عصبی مصنوعی با الهام از حس بویایی سگ‌ها در تشخیص سرطان

طبق مطالعات جدید سگ‌هایی که می‌توانند با حس بویایی قوی خود ابتلا به سرطان پروستات را تشخیص دهند الهام بخش بینی‌های رباتیکی شدند که می‌توانند طبق روشی به نام "حس بویایی ماشینی" بیماری‌ها را بو بکشند.

به گزارش حکیم مهر به نقل از ایسنا، محققان انگلیسی و آمریکایی در یک مطالعه سگ‌هایی تربیت کردند که نوع شدید سرطان پروستات را با بو کشیدن نمونه‌ی ادرار بیماران تشخیص دهند.

سگ‌ها دارای قوه‌ی بویایی شدیدا حساسی هستند و قادر به بوییدن ترکیبات آلی فراری(vocs)  که در مراحل ابتدایی بسیاری از سرطان‌ها منتشر می‌شوند، هستند.

دانشمندان از این اطلاعات برای ساختن یک شبکه‌ی عصبی مصنوعی استفاده کردند که می‌تواند مواد شیمیایی اختصاصی سرطان را که سگ ها قادر به بوییدن آن‌ها هستند، تشخیص دهد.

محققان امیدوارند بتوانند عملکرد سگ‌ها را در فناوری‌هایی مثل اپلیکیشن‌ها و تلفن‌های همراه به کار ببرند.

یک سگ لابرادور(Labrador)  چهارساله و یک ویزسلای(Vizsla)  هفت ساله آموزش داده شدند تا سرطان پروستات در نمونه‌های ادرار جمع‌آوری شده از بیماران دارای این بیماری، شامل سرطان پروستات با درجه بندی گلیسون gleason ۹ که از کشنده‌ترین تومورهاست را بو بکشند. تشخیص زودهنگام بیشترین فایده را دارد.

این مطالعه توسط متخصصان موسسه‌ی Medical Detection Dogs در میلتون کینس (Milton Keynes)، و همچنین محققان موسسه‌ی تکنولوژی ماساچوست (MIT) و دانشگاه جان هاپکینز در آمریکا با حمایت بنیاد سرطان پروستات آمریکا صورت گرفته شده است.

در این مقاله بیان شده تشخیص بیماری با استفاده از حس بویایی سگ‌های آموزش‌دیده دقیق است و حساسیت بالایی دارد.در حالی که استفاده از سگ‌ها در مقیاس بالا غیرعملی است می‌توان بویایی ماشینی را برای تشخیص سرطان آزمایش کرد. ما نشان دادیم که می‌توان حسگرهایی مشابه عملکرد سگ‌ها ساخت اکنون وقت آن است که این فناوری را وارد تلفن‌های هوشمند کنیم.

محققان خاطرنشان کردند که سرطان پروستات دومین علت مرگ مردان در جهان است و حدودا در هر ۹ مرد یک نفر دچار این بیماری می‌شود و سالانه ۴۷۵۰۰ مرد در دنیا به این بیماری مبتلا می‌شوند یعنی ۱۲۹ مرد در هر روز.

به گفته‌ی این گروه روشی موثرتر از آزمایش خون برای تشخیص سرطان پروستات لازم است. آزمایش پادتن ویژه پروستات PSA که به طور گسترده استفاده می‌شود می‌تواند در تشخیص سرطان تهاجمی پروستات خطا داشته باشد یا به اشتباه یک سرطان خوش‌خیم را بدخیم تشخیص دهد. انجام بیش از حد آزمایش آنتی‌ژن پروستات می‌تواند برای بیمار و افراد مضراتی نیز داشته باشد.

محققان درحال بررسی راه‌های جایگزین هستند و تحقیقات نشان داده سگ‌ها می‌توانند با دقت بالا سرطان را از نمونه‌ی ادرار افراد تشخیص دهند. با این حال سگ‌ها در مقیاس بزرگ قابل استفاده نیستند بنابراین ابزارهای تشخیصی جدید مثل هوش مصنوعی با به عرصه می‌گذارند. البته محققان هنوز نمی‌دانند که سگ‌ها دقیقا چه چیزی را بو می‌کشند و چگونه اطلاعات را پردازش می‌کنند.

محققان برای این مطالعه دو سگ به نام‌های "فلورین" و "میداس" را تربیت کردند. هیچ کدام از محققان و سگ‌ها نمی‌دانستند کدام نمونه مربوط به فرد سالم و کدام مربوط به فرد بیمار است. هر دو سگ سرطان تهاجمی را به سرعت و با دقت تشخیص دادند و حتی توانستند آن را از انواع دیگر سرطان پروستات تمیز دهند.

آن‌ها ۷۰ درصد "حساسیت" به معنای تشخیص درست نمونه‌های مثبت و ۷۰ تا ۷۶ درصد "دقت" به معنای تشخیص درست نمونه‌های منفی داشتند.این تشخیص‌ها برای سرطان با درجه‌ی گلیسون ۹ بود.

درجه‌بندی گلیسون نشان‌دهنده‌ی میزان تهاجمی بودن سرطان است که از  ۶ تا ۱۰ درجه‌بندی می‌شود که ۶ کمترین و ۱۰ بیشترین آن است.عدد ۹ نیز میزان بالایی است.

دکتر کلر گست(Claire Guest) از بنیان‌گذاران و رئیس موسسه‌ی Medical Detection Dogs و نویسنده‌ی اصلی مقاله می‌گوید: این مطالعه نشان داد که بینی سگ‌ها کلید رسیدن به روشی فوری و غیر تهاجمی برای تشخیص زودهنگام سرطان پروستات است.

این تحقیقات می‌تواند به کمک آزمایش پادتن ویژه پروستات آمده و به تشخیص غیرتهاجمی و زودهنگام بیماری کمک کند.توانایی سگ‌ها در طول زمان می‌تواند به دستگاه‌های الکترونیکی منتقل شود.

جاناتان دبلیو سیمونز(Jonathan W. Simons) از نویسندگان مقاله و رئیس و مدیرعامل بنیاد سرطان پروستات تاکید کرد که سگ‌ها انواع کشنده سرطان که تشخیص زودهنگام آن‌ها بسیار مهم است را تشخیص می‌دهند این نتایج منجر به توسعه‌ی روش‌های دقیق‌تر و حساس تر از آزمایش پادتن خواهد شد.

این گروه همچنین از دو روش تشخیص آزمایشگاهی به نام‌های  کروماتوگرافی گازی و طیف سنجی جرمی برای بررسی ترکیبات آلی فرار و  گونه‌های میکروبی طبیعی در نمونه‌ها استفاده کرد.هردو آزمایش تفاوت‌های اساسی بین نمونه‌ی مثبت و منفی نشان دادند.

در اخر محققان از اطلاعات سگ‌ها برای تربیت یک شبکه‌ی عصبی مصنوعی استفاده کردند تا این شبکه‌ی عصبی بتواند بخش‌های خاصی از داده‌های طیف سنجی که نقش زیادی در تشخیص سگ‌ها داشتند را تشخیص دهد.در این روش نیز تفاوت بین نمونه‌های مثبت و منفی مشخص بود.

این یافته‌ها به بهبود روش‌های تشخیصی کمک می‌کند. دکتر آندریاس مرشین (Andreas Mershin)می‌گوید: تصور کنید یک روز تلفن هوشمند شما به شما هشدار دهد که در خطر سرطان تهاجمی پروستات هستید پیش از آن که پزشکتان متوجه آن در آزمایش پادتن اختصاصی پروستات شود.

نقش عملکرد سگ‌ها در ایجاد روش‌های تشخیصی بهتر بسیار مهم است همچنین مردان می‌توانند با مشارکت در نمونه‌های بانک زیستی به ما کمک کنند. هنگامی که بتوانیم این دستگاه را برای سرطان پروستات بسازیم می‌توان آن را برای بیماری‌های دیگر نیز استفاده کرد.

منبع: دیلی‌میل