Naučnici pokušavaju da naprave uređaj koji će da parira njuhu pasa u otkrivanju raka

Brojne studije su dokazale da dresirani psi mogu da otkriju mnoge vrste bolesti - uključujući rak pluća, dojke, jajnika, bešike i prostate, čak i kovida-19 - jednostavno putem mirisa. U nekim slučajevima, pre svega raka prostate, psi su imali 99 odsto uspeha u otkrivanju bolesti njuškajući uzorke urina pacijenata.

Ali za obuku takvih pasa je potrebno dosta vremena, a njihova dostupnost i potreba za brzinom u otkrivanju bolesti je veoma ograničeni. Zato su naučnici pokušali da koristeći ove sposobnosti pasa naprave kompaktan uređaj koji bi mogli da koriste u svakodnevnoj praksi.

Tim istraživača sa Tehničkog fakulteta u Masačusetsu, poznatog MIT-a, i drugih naučnih institucija osmislio je sistem koji može da otkrije hemijski i mikrobiološki sadržaj uzorka vazduha koji će da bude još osetljiviji od psećeg njuha. Uređaj su povezali sa procesom mašinskog učenja kako bi identifikovali specifične karakteristike uzoraka koji nose bolest.

Otkrića do kojih su istraživači došli jednog dana bi mogla da dovedu do uređaja za otrivanje mirisa bolesti koji bi bio tako malih dimenzija da bi stao u mobilni telefon, objavljeno je u časpisu PLOS One u članku Kler Gest sa Medicinskog instituta za istraživanje pasa iz Velike Britanije, istraživača Andrasa Meršina sa MIT-a i još 18 naučnika sa Univerziteta „Džons Hopkins“, Fondacije za rak prostate i nekoliko drugih univerziteta i instituta.

Psi mogu da nanjuše rak u ranim fazama

„Psi su, za ovih, otprilike, 15 godina, pokazali da sa najvećim uspehom i u najranijim fazama uspevaju da detektuju bilo koju bolest koju smo testirali“, navodi Meršin. Njihov učinak je u nekim kontrolisanim testovima u pojedinim slučajevima nadmašio neke od trenutno najboljih laboratorijskih testova, dodaje istraživač. „Do sada su psi uspeli da otkriju više različitih vrsta rka mnogo ranije nego bilo koja druga tehnologija“.

Što je još važnije, istraživači dugo nisu primećivali da psi koji su obučeni da otkriju jednu vrstu raka, uspevaju da otkriju i nekoliko drugih vrsta karcinoma – iako sličnosti uzoraka ljudima nisu bili očigledne.

Psi mogu da identifikuju „kancere koji nemaju nikakve zajedničke biomolekularne karakteristike“, objašnjava Meršin. Upotrebom moćnih analitičkih pomagala, uključujući i gasnu hromatografsku spektrografiju i mikrobiološko profilisanje, „ako analizirate uzorke, recimo, raka kože i bešike, raka dojke i raka pluća – bolesti za koje je dokazano da pas može da otkrije – oni nemaju ništa zajedničko“. I pored toga, psi nekako uspevaju da izvuku zajedničku karakteristiku iz svih vrsta kancera kako bi otkrili ostale.

Oređaj je osetljiviji, ali ne ume da zaključuje

Meršin i njegov tim su tokom poslednjih par godina uspeli da razviju, i nastavljaju da ga unapređuju, minijaturni sistem detektora koji imaju mirisne receptore sisara izrađene tako da deluju kao senzori, čijom bazom podataka će moći da se upravlja u realnom vremenu kao što to može običan mobilni telefon.

Meršin čak predviđa da će jednog dana svaki telefon imati ugrađen detektor mirisa, baš kao što danas svaki ima kameru. Takvi detektori, potkrepljeni naprednim algoritmima nastalim na osnovu mašinskog učenja, potencijalno bi mogli da otkriju rane znake bolesti mnogo pre u odnosu na klasične sisteme skrininga, a mogli bi da upozoravaju na kvalitet vazduha uopšte.

Sistem je osetljiviji, ali „gluplji“

U poslednjim testovima koji su obavljeni, testirano je 50 uzoraka urina potvrđenih slučajeva raka prostate i kontrolni uzorci zdarvih osoba. Uzorke su ispitivala dva obučena psa i minijaturni sistem za detekciju. Zatim su rezultati ubačeni u program mašinskog učenja kako bi utvrdili sve sličnosti i razlike među uzorcima koji bi mogli da pomognu da sistem sa senzorima identifikuje bolest.

Veštači sistem je uspeo da postigne isti rezultat kao psi, pri čemu su i psi i aparat imali uspešnost višu od 70 odsto.

Po Meršinovim rečima, minijaturni sistem je u stvari 200 puta osetljiviji od psećeg njuha u pogledu mogućnosti da otkrije i identifikuje i najmanje tragove različitih molekula, što je potvrđnjeno u kontrolisanim testovima. Ali kada treba da istumači dobijene rezultate, onda je 100 odsto „gluplji“. Tu na scenu stupa mašinsko učenje kako bi uspeli da pronađu neuhvatljive obrasce koje psi otkrivaju po mirisu, a ljudi ne uspevaju da utvrde hemijskom analizom.

U pomoć priskače veštačka inteligencija

„Psi ne znaju hemiju“, kaže Meršin. „Kada nešto pomirišu njima se ne pojavljuju hemijske formule u glavi. Kada osetite miris skuvane kafe, ne vidite listu hemijskih elemenata i njihovu koncentraciju, već imate integrisanu senzaciju. Taj osećaj karaktera mirisa je ono što psi imaju“.

Naučnici su znali da su senzori osetljiviji od njuha pasa, ali je bio problem da se veštačka inteligencija obuči da donosi zaključke kao psi. Pošto je sada i to moguće, istraživači se nadaju da će ovo biti solidan okvir za dalja istraživanja kako bi se razvila nova tehnologija do nivoa pogodnog za kliničku upotrebu.

Meršin se nada da će biti u prilici da testiraju daleko veći skup uzoraka, možda i pet hiljad kako bi detaljnije odredili značajne pokazatelje bolesti.

Međutim, takva ispitivanja nisu jeftina, i za testiranje samo jednog uzorka potrebno je izdvojiti hiljadu dolara, no naučnici se nadaju da će uspeti da iznesu svoj poduhvat do kraja.