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美研究員研發(fā)人工智能儀器可根據(jù)氣味診治疾病

　　近日，發(fā)表在《美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)·納米》上的一篇文章描述了利用人工智能診斷疾病的結(jié)果。研究人員研發(fā)了一臺(tái)人工智能儀器，只要有人對(duì)它吹口氣，它就能根據(jù)氣體中的化學(xué)成分辨析出17種疾病是否存在的痕跡。

　　許多物體，尤其是生物會(huì)散發(fā)獨(dú)有的氣味。男女氣味不同，因此才有聞香識(shí)女人之說(shuō)。而一些人在患了某些疾病后，也會(huì)散發(fā)獨(dú)特的氣味。

　　譬如，糖尿病酮癥酸中毒病人呼出氣體中有爛蘋(píng)果味，吃過(guò)大蒜和有機(jī)磷農(nóng)藥中毒的人可以呼出刺激性的蒜味。當(dāng)下，聞氣味作為一種診治疾病的輔助手段已有了較為深入的發(fā)展。

　　狗狗聞出主人患上乳腺癌

　　由于發(fā)現(xiàn)了嗅覺(jué)(嗅覺(jué)受體和嗅覺(jué)系統(tǒng)組織)的奧秘，美國(guó)的理查德·阿克塞爾和琳達(dá)·B·巴克獲得2004年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。從嗅覺(jué)細(xì)胞的比較可以知道，人的嗅覺(jué)細(xì)胞只有500萬(wàn)個(gè)，覆蓋鼻腔上部黏膜的一小部分；而狗的嗅覺(jué)細(xì)胞大約為1.25億個(gè)至2億個(gè)，有一種牧羊狗的嗅覺(jué)細(xì)胞高達(dá)2.2億個(gè)，這些嗅覺(jué)細(xì)胞占據(jù)了狗鼻腔上部黏膜的絕大部分。因此，人們認(rèn)為狗的嗅覺(jué)至少比人靈敏1000多倍，能賦予狗聞味辨病的重任。

　　英國(guó)一只叫黛西的拉布拉多犬，是動(dòng)物行為學(xué)家克萊爾·格斯特的寵物。2009年的一天，克萊爾帶黛西出門(mén)散步。黛西不肯出門(mén)，不停地用自己的鼻子頂撞克萊爾的胸口并發(fā)出低鳴。當(dāng)晚，克萊爾感到被黛西頂撞過(guò)的部位有被堵住的感覺(jué)，于是第二天到醫(yī)院檢查。結(jié)果表明，被黛西頂撞的部位長(zhǎng)了一個(gè)囊腫。醫(yī)生診斷為早期乳腺癌。

　　在發(fā)現(xiàn)黛西有這種特異的嗅覺(jué)功能后，克萊爾創(chuàng)立了“醫(yī)學(xué)嗅探犬”機(jī)構(gòu)，對(duì)黛西和其他狗進(jìn)行訓(xùn)練。主要是讓狗嗅聞人的尿液，一只狗經(jīng)過(guò)6個(gè)月的時(shí)間就可以成為癌癥嗅探犬。黛西如果嗅出是癌癥，就坐著不動(dòng)，盯著旁邊的訓(xùn)練員看。多年來(lái)，它已檢測(cè)出550多例癌癥病例，準(zhǔn)確率達(dá)93%。

　　其他國(guó)家也在訓(xùn)練狗檢測(cè)癌癥。2014年意大利的一項(xiàng)研究結(jié)果顯示，嗅探犬對(duì)677份尿液樣本嗅探癌癥的準(zhǔn)確率達(dá)98%。綜合目前的研究結(jié)果看，狗可以聞出多種癌癥，包括肺癌、乳腺癌、膀胱癌、卵巢癌、前列腺癌、結(jié)直腸癌等。除了能嗅出尿液中的惡性腫瘤氣味，狗還能聞出癌癥患者呼出的氣體里的特殊味道。美國(guó)《時(shí)代》雜志評(píng)出的2011年十大醫(yī)學(xué)突破中，“狗能嗅出肺癌”就榜上有名。

　　至于狗嗅聞癌癥能否推廣到臨床，研究人員還難以下結(jié)論。因?yàn)�，即便狗能聞出癌癥的分子氣味，但是否與特定的癌癥相關(guān)聯(lián)，如甲氣味與肺癌相關(guān)、乙氣味與乳腺癌相關(guān)等，尚有待證明。不過(guò)，這種方法的確可以當(dāng)作癌癥檢查的輔助手段使用。比如，病人經(jīng)過(guò)癌癥特異抗原檢測(cè)或影像檢查后，再讓嗅探犬檢測(cè)，或先讓嗅探犬嗅聞氣味再進(jìn)行臨床檢測(cè)，就可能提高癌癥篩查的準(zhǔn)確性。

　　老鼠嗅唾液識(shí)別肺結(jié)核

　　現(xiàn)在，老鼠也被人們培訓(xùn)來(lái)嗅病。但這不是一般的老鼠，而是非洲巨鼠，又稱非洲岡比亞鼠。它們身長(zhǎng)可達(dá)91厘米，體重超過(guò)4千克，甚至比家貓?bào)w型還大，其嗅覺(jué)被認(rèn)為比狗還靈敏。

　　早在35年前，研究人員就發(fā)現(xiàn)，同其他哺乳動(dòng)物一樣，老鼠鼻子尖端的格呂內(nèi)貝格神經(jīng)節(jié)是由神經(jīng)元組成的小球，其功能是嗅聞各種物質(zhì)的氣味。2005年，五個(gè)科研機(jī)構(gòu)分別獨(dú)立地發(fā)現(xiàn)格呂內(nèi)貝格神經(jīng)節(jié)與哺乳動(dòng)物的嗅覺(jué)系統(tǒng)有著直接的關(guān)系，其中老鼠的格呂內(nèi)貝格神經(jīng)節(jié)可以聞出各種特殊的氣味分子。

　　比利時(shí)非政府組織安特衛(wèi)普掃雷組織1995年在坦桑尼亞的一個(gè)小鎮(zhèn)上訓(xùn)練了一批非洲巨鼠來(lái)掃雷，稱為“非洲巨鼠掃雷特工隊(duì)”。研究人員利用非洲巨鼠嗅覺(jué)靈敏、貪吃的特點(diǎn)，在巨鼠嗅到炸藥時(shí)給予水果作為獎(jiǎng)勵(lì)。經(jīng)過(guò)訓(xùn)練，掃雷鼠在30分鐘之內(nèi)就可以清理掉100平方米內(nèi)的地雷，這通常是兩個(gè)人需要一天時(shí)間才能完成的掃雷任務(wù)。而且掃雷鼠體態(tài)輕盈，即使踩到地雷也不會(huì)觸發(fā)爆炸。

　　有了這種成功的實(shí)踐，非洲巨鼠被訓(xùn)練來(lái)嗅聞和診斷肺結(jié)核病。安特衛(wèi)普掃雷組織與莫桑比克首都馬普托的愛(ài)德華多·蒙德蘭大學(xué)聯(lián)合，訓(xùn)練非洲巨鼠識(shí)別肺結(jié)核患者的唾液樣本。非洲巨鼠被關(guān)在玻璃籠內(nèi)，在多個(gè)唾液樣本間穿梭，當(dāng)它停在某一樣本前或摩擦前肢時(shí)，就代表這份樣本感染了結(jié)核桿菌。受過(guò)訓(xùn)練的非洲巨鼠在3秒內(nèi)可以從10個(gè)樣本中嗅聞出肺結(jié)核樣本，在20分鐘內(nèi)能篩選100個(gè)樣本，成本僅20美分。如果靠化驗(yàn)師在實(shí)驗(yàn)室做化驗(yàn)檢測(cè)，需耗時(shí)4天。

　　非洲巨鼠用于肺結(jié)核病的檢測(cè)始于2013年2月，迄今已篩查逾34萬(wàn)個(gè)結(jié)核樣本，防止了3.6萬(wàn)多個(gè)感染病例，并使所有利用非洲巨鼠診斷肺結(jié)核的診所的檢出率提升40%以上。安特衛(wèi)普掃雷組織的美國(guó)總干事里克特希望，老鼠嗅聞肺結(jié)核病技術(shù)能在國(guó)際上推廣，甚至擴(kuò)大到艾滋病領(lǐng)域。目前，安特衛(wèi)普掃雷組織正在等待世界衛(wèi)生組織的批準(zhǔn)。

　　智能儀器可辨17種疾病味兒

　　近日，發(fā)表在《美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)·納米》上的一篇文章描述了利用人工智能診斷疾病的結(jié)果。研究人員研發(fā)了一臺(tái)人工智能儀器，只要有人對(duì)它吹口氣，它就能根據(jù)氣體中的化學(xué)成分辨析出17種疾病是否存在的痕跡。

　　這臺(tái)人工智能儀器由以色列理工大學(xué)的哈薩姆·赫克團(tuán)隊(duì)研發(fā)，靈感來(lái)自公元前400年。當(dāng)時(shí)的醫(yī)生會(huì)通過(guò)嗅聞患者呼出的揮發(fā)性有機(jī)化合物來(lái)辨析疾病，比如嗅聞貴族嬰兒的糞便和尿液的氣味。于是，赫克等人研制了一臺(tái)通過(guò)單一呼氣樣本準(zhǔn)確檢測(cè)多種疾病的“呼吸印記”儀器。這臺(tái)儀器擁有人工智能的高度專(zhuān)業(yè)化的納米矩陣傳感器，用來(lái)分析患者呼氣中的化合物，檢測(cè)它們是否與導(dǎo)致疾病或疾病特有的揮發(fā)性有機(jī)化合物相吻合。

　　研究人員把17種疾病進(jìn)行歸類(lèi)，確認(rèn)了癌癥、炎癥和神經(jīng)疾病三類(lèi)疾病的特異性氣味，然后從1404名志愿者中采集了2808個(gè)呼吸樣本。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這17種疾病中的每一種都會(huì)產(chǎn)生一種不同的“呼吸印記”，分屬于13種不同的揮發(fā)性有機(jī)化合物的組合。這些“呼吸印記”讓研究人員能夠準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)受測(cè)者是否患有某種疾病。這些疾病包括肺癌、直腸癌、頭頸部癌、膀胱癌、前列腺癌、腎癌、胃癌、卵巢癌、克羅恩病(又稱局限性腸炎或節(jié)段性腸炎)、潰瘍性結(jié)腸炎、腸道易激綜合征、特發(fā)性帕金森病、非典型震顫麻痹、肺動(dòng)脈高血壓、多發(fā)性硬化癥、先兆子癇和慢性腎病。

　　當(dāng)然，這種人工智能儀器通過(guò)嗅聞呼出氣味來(lái)分辨17種疾病只能說(shuō)是“蛛絲馬跡”，還需要使用目前在臨床采用的多種常規(guī)診斷方式來(lái)確診。雖然這種儀器目前沒(méi)有應(yīng)用于臨床，只作為一種輔助診斷方式，但研究人員希望，未來(lái)這種儀器可以成為一種便攜式設(shè)備，簡(jiǎn)單快速并準(zhǔn)確檢測(cè)多種疾病。

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