Вештачка интелигенција (АИ) најпознатија је по својој способности да види (као у аутомобилима без возача) и слуша (као код Алека и других кућних помоћника). Од сада може и мирисати. Моје колеге и ја развијамо АИ систем који може да нањуши људски дах и научимо како да идентификујемо низ супстанци које откривају болест по којима бисмо могли да издишемо.
Мирис користе животиње, па чак и биљке, за препознавање стотина различитих супстанци које лебде у ваздуху. Али у поређењу са осећајем других животиња, људски мирис је далеко мање развијен и сигурно се не користи за обављање свакодневних активности. Из тог разлога, људи нису нарочито свесни богатства информација које се могу пренијети ваздухом, и могу их опазити високо осетљиви олфакторни систем. АИ ће можда то променити.
За неколико деценија, лабораторије широм света биле су у могућности да користе машине за детекцију веома мале количине материја у ваздуху. Те машине, назване гас-хроматографски масени спектрометри или ГЦ-МС, могу да анализирају ваздух да би откриле хиљаде различитих молекула познатих као испарљива органска једињења.
У ГЦ-МС машини, свако једињење у узорку ваздуха се прво одваја, а затим разбија у фрагменте, стварајући карактеристичан отисак прста из кога се једињења могу препознати. Слика испод представља визуализацију малог дела података из анализе узорка даха.
3Д приказ дела података узорака из даха из ГЦ-МС инструмента. (Јамес Гатхани) Сваки врх представља фрагмент молекула. Посебни обрасци таквих врхова откривају присуство различитих супстанци. Често и најмањи врх може бити пресудан. Међу неколико стотина једињења присутних у људском даху, неколико њих би могло открити присуство разних врста рака, чак и у раним фазама. Лабораторије широм света експериментишу са ГЦ-МС-ом као неинвазивним дијагностичким алатом како би, безболно и правовремено, откриле многе болести.
Нажалост, тај процес може бити веома дуготрајан. Велике количине података треба да буду ручно прегледане и анализиране од стране стручњака. Чиста количина једињења и сложеност података значе да је чак и стручњацима потребно дуго времена да анализирају један узорак. Људи су такође склони грешкама, могу пропустити једињење или погрешити једно једињење за друго.
Како вештачка интелигенција може помоћи
Као део тима за науку о подацима са Универзитета Лоугхбороугх, моје колеге и ја прилагођавамо најновију технологију вештачке интелигенције како би опазили и научили другачију врсту података: хемијска једињења у узорцима даха. Математички модели инспирисани од мозга, названи мрежама дубоког учења, посебно су дизајнирани да „читају“ трагове које остављају мириси.
Тим лекара, медицинских сестара, радиографа и медицинских физичара из Центра за рак у Единбургу прикупио је узорке даха од учесника који су били на лечењу од рака. Узорке су затим анализирале две екипе хемичара и рачунарских научника.
Након што су хемичари ручно идентификовали број једињења, брзи рачунари су добили податке да обучавају мреже дубоког учења. Рачунање су убрзали посебни уређаји, звани ГПУ-ови, који могу истовремено да обрађују више различитих података. Мреже дубоког учења научиле су све више и више из сваког узорка даха док нису могле препознати специфичне обрасце који откривају специфична једињења у даху.
Једноставна репрезентација процеса: од једињења у узорцима ваздуха или даха до визуализације откривених супстанци. (Јамес Гатхани) У овој првој студији фокус је био на препознавању групе хемикалија, званих алдехиди, које су често повезане са мирисима, али и са стресним стањима и болестима човека.
Рачунарима опремљеним овом технологијом потребно је само неколико минута да се аутономно анализира узорак даха који је раније трајао сатима од стране људског стручњака. Ефективно, АИ читав процес чини јефтинијим - али пре свега, чини га поузданијим. Што је још занимљивије, овај интелигентни софтвер стиче знање и побољшава се током времена док анализира више узорака. Као резултат тога, метода није ограничена на било коју одређену супстанцу. Помоћу ове технике могу се обучити системи дубоког учења за откривање малих количина испарљивих једињења с потенцијално широким примјенама у медицини, форензичкој медицини, анализи животне средине и другима.
Ако АИ систем може открити маркере болести, тада постаје могуће и дијагностицирати да ли смо болесни или не. Ово има велики потенцијал, али може се показати и контроверзним. Једноставно предлажемо да се АИ може користити као алат за откривање супстанци у ваздуху. Не мора нужно дијагностицирати или доносити одлуку. Коначни закључци и одлуке препуштамо нама.
Овај чланак је првобитно објављен у часопису Тхе Цонверсатион.
Андреа Солтоггио, предавач, Универзитет Лоугхбороугх
