麻省理工学院 犬嗅觉试验研究方案
(一)两个狗，弗罗林和迈达斯，被选中参加试验
(二)形象展示锅
(三)将测试罐放入与转盘相连的金属臂中
(四)双盲试验中活检阴性对照和癌症样本适应症的比较
该表显示，在21个对照样品中，弗罗林产生了5个假阳性指示，导致76个
2%的特异性，而Midas的6个假阳性指征导致70%的特异性
两只狗都正确地指出了7个目标样本中的5个，给出了71个
4灵敏度
信用:客人等，2021 (PLOS一，抄送4
0，creativecommons
org/licenses/by/4
0/) 大量研究表明，经过训练的狗可以通过嗅觉检测多种疾病——包括肺癌、乳腺癌、卵巢癌、膀胱癌和前列腺癌，可能还有新冠肺炎病
在某些情况下，例如前列腺癌，狗通过嗅病人的尿液样本检测疾病的成功率为99%
但是训练这样的狗需要时间，它们的可用性和时间是有限的
科学家们一直在寻找一种方法，在一个紧凑的设备中实现犬类鼻子和大脑惊人嗅觉能力的自动化
现在，麻省理工学院和其他机构的一组研究人员已经开发出一种系统，可以比狗的鼻子更灵敏地检测空气样本中的化学和微生物含量
他们将此与机器学习过程相结合，该过程可以识别携带疾病的样本的独特特征
研究人员说，这些发现有朝一日可能会导致一个小到可以集成到手机中的自动气味检测系统，这些发现今天发表在《公共科学图书馆·综合》杂志上，由美国医学检测狗协会的克莱尔·格斯特撰写
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麻省理工学院的研究科学家安德里亚斯·默辛，约翰·霍普金斯大学的18位研究员，前列腺癌基金会，以及其他几所大学和组织
“在大约15年的时间里，狗被证明是我们尝试过的最早、最精确的疾病检测器，”默申说
他说，他们在受控测试中的表现在某些情况下超过了目前最好的实验室测试
“到目前为止，许多不同类型的癌症比其他任何技术都更早被狗发现
" 更重要的是，这些狗显然找到了迄今为止人类研究人员没有发现的联系:当被训练对来自一种癌症患者的样本做出反应时，一些狗识别出了其他几种癌症——尽管这些样本之间的相似性对人类来说并不明显
默申说，这些狗可以识别“没有任何相同生物分子特征的癌症，气味中没有任何东西”
使用强大的分析工具，包括气相色谱质谱(GCMS)和微生物分析，“如果你分析样本，比方说，皮肤癌、膀胱癌、乳腺癌和肺癌——所有狗已经能够检测到的东西——它们没有任何共同点
“然而，狗能够以某种方式从一种癌症中归纳出其他癌症
梅尔辛和他的团队在过去几年中开发并不断改进了一种小型化的检测系统，该系统结合了稳定的哺乳动物嗅觉感受器作为传感器，其数据流可以通过典型的智能手机功能进行实时处理
他设想有一天，每部手机都将内置一个气味探测器，就像现在相机在手机中无处不在一样
他说，这种配备了通过机器学习开发的先进算法的探测器，有可能比典型的筛查方法更快地发现疾病的早期迹象，甚至可以发出烟雾或气体泄漏的警告
在最新的测试中，研究小组测试了50份来自前列腺癌确诊病例和已知没有这种疾病的对照组的尿液样本，使用了由美国医学检测犬训练和处理的两只狗
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和小型化检测系统
然后，他们应用机器学习程序梳理出样本之间的任何相似和不同之处，这有助于基于传感器的系统识别疾病
在测试相同的样本时，人工系统能够匹配狗的成功率，两种方法的得分都超过70%
梅尔辛说，微型检测系统实际上比狗的鼻子灵敏200倍，能够检测和识别不同分子的微小痕迹，这一点已经通过美国国防部高级研究计划局授权的受控测试得到证实
但是从解释这些分子的角度来看，“它是100%愚蠢的
“这就是机器学习的作用所在，试图找到狗可以从气味中推断出的难以捉摸的模式，但人类还不能从化学分析中领会
“狗不知道任何化学物质，”默申说
“他们看不到一列分子出现在他们的脑袋里
当你闻到一杯咖啡的味道时，你没有看到名字和浓度的列表，你感觉到一种综合的感觉
这种气味特征的感觉是狗能感受到的
" 虽然用于检测和分析空气中分子的物理仪器已经发展了几年，并且大部分的焦点集中在减小其尺寸上，但是直到现在还缺乏分析
“我们知道，就探测极限而言，传感器已经比狗做得更好了，但我们以前没有展示的是，我们可以训练人工智能来模仿狗，”他说
“现在我们已经证明我们可以做到这一点
我们已经证明了狗的行为在一定程度上是可以复制的
" 研究人员说，这一成就为进一步研究提供了坚实的框架，将该技术发展到适合临床使用的水平
梅尔辛希望能够测试更多的样本，也许5000个，以更详细地确定疾病的重要指标
但这种测试并不便宜:他说，临床测试和认证的携带疾病和无疾病尿液样本的收集、记录、运输和分析费用约为每份样本1000美元
回想他是如何参与这项研究的，梅尔辛回忆了一项关于膀胱癌检测的研究，在这项研究中，一只狗不断错误地将对照组的一名成员识别为该疾病的阳性，尽管他是根据医院检查被特别选择为无疾病的
病人知道狗的测试，选择做进一步的测试，几个月后被发现在很早的阶段就患有这种疾病
“尽管这只是一个例子，但我不得不承认这确实动摇了我，”默申说
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