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【前沿】根据气味诊治疾病 新型人工智能仪器为何这么牛?

2017-02-11 10:37
科技潮人
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近日,发表在《美国化学学会·纳米》上的一篇文章描述了利用人工智能诊断疾病的结果。研究人员研发了一台人工智能仪器,只要有人对它吹口气,它就能根据气体中的化学成分辨析出17种疾病是否存在的痕迹。

许多物体,尤其是生物会散发独有的气味。男女气味不同,因此才有闻香识女人之说。而一些人在患了某些疾病后,也会散发独特的气味。

譬如,糖尿病酮症酸中毒病人呼出气体中有烂苹果味,吃过大蒜和有机磷农药中毒的人可以呼出刺激性的蒜味。当下,闻气味作为一种诊治疾病的辅助手段已有了较为深入的发展。

狗狗闻出主人患上乳腺癌

由于发现了嗅觉(嗅觉受体和嗅觉系统组织)的奥秘,美国的理查德·阿克塞尔和琳达·B·巴克获得2004年诺贝尔生理学或医学奖。从嗅觉细胞的比较可以知道,人的嗅觉细胞只有500万个,覆盖鼻腔上部黏膜的一小部分;而狗的嗅觉细胞大约为1.25亿个至2亿个,有一种牧羊狗的嗅觉细胞高达2.2亿个,这些嗅觉细胞占据了狗鼻腔上部黏膜的绝大部分。因此,人们认为狗的嗅觉至少比人灵敏1000多倍,能赋予狗闻味辨病的重任。

英国一只叫黛西的拉布拉多犬,是动物行为学家克莱尔·格斯特的宠物。2009年的一天,克莱尔带黛西出门散步。黛西不肯出门,不停地用自己的鼻子顶撞克莱尔的胸口并发出低鸣。当晚,克莱尔感到被黛西顶撞过的部位有被堵住的感觉,于是第二天到医院检查。结果表明,被黛西顶撞的部位长了一个囊肿。医生诊断为早期乳腺癌。

在发现黛西有这种特异的嗅觉功能后,克莱尔创立了“医学嗅探犬”机构,对黛西和其他狗进行训练。主要是让狗嗅闻人的尿液,一只狗经过6个月的时间就可以成为癌症嗅探犬。黛西如果嗅出是癌症,就坐着不动,盯着旁边的训练员看。多年来,它已检测出550多例癌症病例,准确率达93%。

其他国家也在训练狗检测癌症。2014年意大利的一项研究结果显示,嗅探犬对677份尿液样本嗅探癌症的准确率达98%。综合目前的研究结果看,狗可以闻出多种癌症,包括肺癌、乳腺癌、膀胱癌、卵巢癌、前列腺癌、结直肠癌等。除了能嗅出尿液中的恶性肿瘤气味,狗还能闻出癌症患者呼出的气体里的特殊味道。美国《时代》杂志评出的2011年十大医学突破中,“狗能嗅出肺癌”就榜上有名。

至于狗嗅闻癌症能否推广到临床,研究人员还难以下结论。因为,即便狗能闻出癌症的分子气味,但是否与特定的癌症相关联,如甲气味与肺癌相关、乙气味与乳腺癌相关等,尚有待证明。不过,这种方法的确可以当作癌症检查的辅助手段使用。比如,病人经过癌症特异抗原检测或影像检查后,再让嗅探犬检测,或先让嗅探犬嗅闻气味再进行临床检测,就可能提高癌症筛查的准确性。

老鼠嗅唾液识别肺结核

现在,老鼠也被人们培训来嗅病。但这不是一般的老鼠,而是非洲巨鼠,又称非洲冈比亚鼠。它们身长可达91厘米,体重超过4千克,甚至比家猫体型还大,其嗅觉被认为比狗还灵敏。

早在35年前,研究人员就发现,同其他哺乳动物一样,老鼠鼻子尖端的格吕内贝格神经节是由神经元组成的小球,其功能是嗅闻各种物质的气味。2005年,五个科研机构分别独立地发现格吕内贝格神经节与哺乳动物的嗅觉系统有着直接的关系,其中老鼠的格吕内贝格神经节可以闻出各种特殊的气味分子。

比利时非政府组织安特卫普扫雷组织1995年在坦桑尼亚的一个小镇上训练了一批非洲巨鼠来扫雷,称为“非洲巨鼠扫雷特工队”。研究人员利用非洲巨鼠嗅觉灵敏、贪吃的特点,在巨鼠嗅到炸药时给予水果作为奖励。经过训练,扫雷鼠在30分钟之内就可以清理掉100平方米内的地雷,这通常是两个人需要一天时间才能完成的扫雷任务。而且扫雷鼠体态轻盈,即使踩到地雷也不会触发爆炸。

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