ستتمكن الذكاء الاصطناعي من تحليل المركبات في أنفاسك. جيمس جاثاني
ومن المعروف الذكاء الاصطناعي (منظمة العفو الدولية) لقدرته على رؤية (كما هو الحال في السيارات بدون سائق) والاستماع (كما في اليكسا ومساعدي البيت الآخرين). من الآن فصاعدا ، قد رائحة أيضا. أقوم أنا وزملائي بتطوير نظام الذكاء الاصطناعي الذي يمكن أن يشم رائحة النفس البشرية ويتعلم كيفية تحديد مجموعة من المواد التي تكشف عن الأمراض التي قد نتنفسها.
يتم استخدام حاسة الشم من قبل الحيوانات و حتى النباتات لتحديد المئات من المواد المختلفة التي تطفو في الهواء. ولكن بالمقارنة مع الحيوانات الأخرى ، فإن حاسة الشم البشرية أقل تطوراً ، ولا تستخدم بالتأكيد للقيام بأنشطة يومية. لهذا السبب ، لا يدرك البشر بشكل خاص ثراء المعلومات التي يمكن أن تنتقل عبر الهواء ، ويمكن فهمها من خلال نظام حاسة الشم الشديد الحساسية. قد تكون منظمة العفو الدولية على وشك تغيير ذلك.
لعدة عقود ، تمكنت المختبرات في جميع أنحاء العالم من استخدام الآلات لاكتشاف كميات صغيرة جدًا من المواد في الهواء. تلك الآلات ، ودعا مقاييس الطيف الكتلي للغازات أو GC-MSيمكن تحليل الهواء لاكتشاف الآلاف من الجزيئات المختلفة المعروفة باسم المركبات العضوية المتطايرة.
في جهاز GC-MS ، يتم أولاً فصل كل مركب في عينة من الهواء ثم يتم تحطيمه إلى أجزاء ، مما يخلق بصمة مميزة يمكن التعرف على المركبات منها. الصورة أدناه هي تصور لجزء صغير من البيانات من تحليل لعينة التنفس.
كل قمة تمثل جزء من جزيء. تكشف الأنماط الخاصة لهذه القمم وجود مواد متميزة. في كثير من الأحيان حتى أصغر الذروة يمكن أن تكون حاسمة. من بين عدة مئات من المركبات الموجودة في النفس البشرية ، قد يكشف القليل منها عن وجود أنواع مختلفة من السرطان ، حتى في المراحل المبكرة. ولذلك فإن المختبرات في جميع أنحاء العالم تجري تجارب على GC-MS كأداة تشخيصية غير جراحية لتحديد العديد من الأمراض ، دون ألم وفي الوقت المناسب.
لسوء الحظ ، يمكن أن تستغرق العملية وقتًا طويلاً جدًا. يجب أن يتم فحص وتحليل كميات كبيرة من البيانات يدويًا بواسطة الخبراء. إن الكم الهائل من المركبات وتعقيد البيانات يعنيان أنه حتى الخبراء يستغرقون وقتا طويلا لتحليل عينة واحدة. البشر معرضون أيضًا للخطأ ، يمكن أن يفوتوا مركبًا أو يخلطوا مركبًا لآخر.
كيف يمكن أن تساعد الذكاء الاصطناعي
كجزء من جامعة لوبورو فريق علم البياناتأقوم أنا وزملائي بتكييف أحدث تكنولوجيا الذكاء الاصطناعي من أجل إدراك وتعلم نوع مختلف من البيانات: المركبات الكيميائية في عينات التنفس. نماذج رياضية مستوحاة من الدماغ ، ودعا شبكات التعلم العميقتم تصميمها خصيصًا من أجل "قراءة" الآثار التي تركتها الروائح.
فريق من الأطباء والممرضات وأخصائيي الأشعة والفيزيائيين الطبيين في مركز ادنبره للسرطان جمعت عينات التنفس من المشاركين الذين يخضعون لعلاج السرطان. ثم تم تحليل العينات من قبل فريقين من الكيميائيين وعلماء الكمبيوتر.
بمجرد تحديد عدد من المركبات يدويًا بواسطة الكيميائيين ، تم تزويد أجهزة الكمبيوتر السريعة بالبيانات لتدريب شبكات التعلم العميق. تم تسريع الحساب بواسطة أجهزة خاصة ، تسمى GPUs ، يمكنها معالجة عدة أجزاء مختلفة من المعلومات في نفس الوقت. تعلمت شبكات التعلم العميق أكثر وأكثر من كل عينة نفس حتى تمكنوا من التعرف على أنماط محددة كشفت عن مركبات معينة في النفس.
في هذه الدراسة الأولى ، كان التركيز على التعرف على مجموعة من المواد الكيميائية ، دعا الألدهيداتغالبًا ما ترتبط بالعطور ولكن أيضًا مع حالات الإجهاد البشري والأمراض.
لا تستغرق أجهزة الكمبيوتر المجهزة بهذه التقنية سوى دقائق لتحليل عينة التنفس التي كانت تستغرق في السابق ساعات من قبل خبير بشري. على نحو فعال ، تعمل منظمة العفو الدولية على جعل العملية برمتها أرخص - ولكنها قبل كل شيء تجعلها أكثر موثوقية. والأكثر إثارة للاهتمام هو أن هذا البرنامج الذكي يكتسب المعرفة ويحسن بمرور الوقت لأنه يحلل المزيد من العينات. ونتيجة لذلك ، لا تقتصر الطريقة على أي مادة معينة. باستخدام هذه التقنية ، يمكن تدريب أنظمة التعلم العميقة على اكتشاف كميات صغيرة من المركبات الطيارة مع تطبيقات واسعة محتملة في الطب والطب الشرعي والتحليل البيئي وغيرها.
إذا تمكن نظام الذكاء الاصطناعي من الكشف عن علامات المرض ، عندها يصبح من الممكن أيضًا تشخيص ما إذا كنا مريضًا أم لا. هذا لديه إمكانات كبيرة ، ولكن يمكن أيضا أن تكون مثيرة للجدل. نقترح ببساطة أن الذكاء الاصطناعي يمكن استخدامه كأداة للكشف عن المواد في الهواء. ليس بالضرورة أن يشخص أو يتخذ قرارًا. يتم ترك الاستنتاجات النهائية والقرارات لنا.
نبذة عن الكاتب
أندريا سولتوجيو ، محاضر ، جامعة لوبورو
تم نشر هذه المقالة في الأصل المحادثة. إقرأ ال المقال الأصلي.
كُتبٌ ذاتُ صِلَةٍ
at سوق InnerSelf و Amazon
