人工智能可能能够嗅到人类呼吸中的疾病

呼吸中的化合物可以帮助AI检测疾病，包括不同的癌症

人工智能（AI）以其能够看到（如在无人驾驶汽车中）和聆听（如Alexa和其他家庭助理）的能力而闻名。从现在开始，它也可能闻到。我和我的同事正在开发一种可以闻到人类呼吸的人工智能系统，并学习如何识别一系列我们可能呼出的疾病暴露物质。

动物甚至植物都使用嗅觉来识别漂浮在空中的数百种不同物质。但与其他动物相比，人类的嗅觉远没有那么发达，当然也没有用来进行日常活动。出于这个原因，人类并不特别意识到可以通过空气传播的信息的丰富性，并且可以通过高度敏感的嗅觉系统来感知。AI可能会改变这种状况。

几十年来，世界各地的实验室已经能够使用机器检测空气中的极少量物质。那些称为气相色谱质谱仪或GC-MS的机器可以分析空气，发现数千种不同的分子，称为挥发性有机化合物。

在GC-MS机器中，首先将空气样品中的每种化合物分离，然后粉碎成碎片，从而产生独特的指纹，从中可以识别化合物。下图是来自呼吸样本分析的一小部分数据的可视化。

每个峰代表分子的片段。这些峰的特定模式揭示了不同物质的存在。通常即使最小的峰值也是至关重要的。在人类呼吸中存在的数百种化合物中，其中一些可能显示出各种癌症的存在，即使在早期阶段也是如此。因此，世界各地的实验室正在尝试使用GC-MS作为一种非侵入性诊断工具，以无痛无误的方式及时识别许多疾病。

不幸的是，该过程可能非常耗时。需要由专家手动检查和分析大量数据。大量的化合物和数据的复杂性意味着即使是专家也需要很长时间来分析单个样本。人类也容易出错，可能会错过一种化合物或将一种化合物误认为另一种化合物。

人工智能如何帮助

作为拉夫堡大学数据科学团队的一员，我和我的同事正在调整最新的人工智能技术来感知和学习不同类型的数据：呼吸样本中的化合物。受大脑启发的数学模型，称为深度学习网络，专门设计用于“读取”气味留下的痕迹。

爱丁堡癌症中心的医生，护士，放射线技师和医学物理学家团队收集了接受癌症治疗的参与者的呼吸样本。然后由两组化学家和计算机科学家分析样品。

一旦化学家手动识别了许多化合物，快速计算机就会获得数据来训练深度学习网络。计算由称为GPU的特殊设备加速，可以同时处理多个不同的信息。深度学习网络从每个呼吸样本中学到越来越多，直到他们能够识别出在呼吸中显示出特定化合物的特定模式。

该过程的简单表示：从空气中的化合物或呼吸样本到检测到的物质的可视化。（James Gathany）

在第一项研究中，重点是识别一组称为醛类的化学物质，这些化学物质通常与香水有关，但也与人类的压力状况和疾病有关。

配备这种技术的计算机只需几分钟即可自动分析以前由人类专家花费数小时的呼吸样本。实际上，人工智能正在使整个过程更便宜 - 但最重要的是它使它更可靠。更有趣的是，这种智能软件在分析更多样本时获取知识并随着时间的推移而改进。结果，该方法不限于任何特定物质。使用这种技术，可以训练深度学习系统以检测少量挥发性化合物，这些化合物在医学，法医学，环境分析等方面具有广泛的应用。

如果AI系统可以检测到疾病的标志物，那么就有可能诊断我们是否生病。这有很大的潜力，但它也可能引起争议。我们只是建议AI可以用作检测空气中物质的工具。它不一定要诊断或做出决定。最终的结论和决定留给我们。