Vers un appareil renifleur de maladies qui rivalise avec le nez d’un chien – Technoguide

De nombreuses études ont montré que les chiens dressés peuvent détecter de nombreux types de maladies – y compris les cancers du poumon, du sein, de l’ovaire, de la vessie et de la prostate, et peut-être Covid-19 – simplement par l’odorat. Dans certains cas, impliquant le cancer de la prostate par exemple, les chiens ont eu un taux de réussite de 99% dans la détection de la maladie en reniflant les échantillons d’urine des patients.

Mais il faut du temps pour former de tels chiens, et leur disponibilité et leur temps sont limités. Les scientifiques recherchent des moyens d’automatiser les étonnantes capacités olfactives du nez et du cerveau des chiens dans un appareil compact. Maintenant, une équipe de chercheurs du MIT et d’autres institutions a mis au point un système capable de détecter le contenu chimique et microbien d’un échantillon d’air avec une sensibilité encore plus grande que le nez d’un chien. Ils ont associé cela à un processus d’apprentissage automatique permettant d’identifier les caractéristiques distinctives des échantillons porteurs de maladies.

Les résultats, qui, selon les chercheurs, pourraient un jour conduire à un système automatisé de détection des odeurs suffisamment petit pour être intégré à un téléphone portable, sont publiés aujourd’hui dans la revue PLOS One, dans un article de Clare Guest de Medical Detection Dogs au Royaume-Uni, Le chercheur Andreas Mershin du MIT, et 18 autres à l’Université Johns Hopkins, la Prostate Cancer Foundation et plusieurs autres universités et organisations.

«Les chiens, depuis environ 15 ans, se sont avérés être les détecteurs de maladies les plus précoces et les plus précis pour tout ce que nous ayons jamais essayé», dit Mershin. Et leur performance dans les tests contrôlés a dans certains cas dépassé celle des meilleurs tests de laboratoire actuels, dit-il. “Jusqu’à présent, de nombreux types différents de cancer ont été détectés plus tôt par les chiens que toute autre technologie.”

De plus, les chiens détectent apparemment des connexions qui ont jusqu’ici échappé aux chercheurs humains: lorsqu’ils sont entraînés à répondre à des échantillons de patients atteints d’un type de cancer, certains chiens ont ensuite identifié plusieurs autres types de cancer – même si les similitudes entre les échantillons n’étaient pas évidents pour les humains.

Ces chiens peuvent identifier “des cancers qui n’ont pas de signatures biomoléculaires identiques en commun, rien dans les odorants”, dit Mershin. À l’aide d’outils analytiques puissants, notamment la spectrométrie de masse par chromatographie en phase gazeuse (SMGC) et le profilage microbien, «si vous analysez les échantillons, disons, du cancer de la peau et de la vessie et du cancer du sein et du cancer du poumon – toutes choses que le chien a démontré être capables de détecter – ils n’ont rien de commun. » Pourtant, le chien peut en quelque sorte généraliser à partir d’un type de cancer pour pouvoir identifier les autres.

Mershin et l’équipe au cours des dernières années ont développé et ont continué à améliorer un système de détection miniaturisé qui intègre des récepteurs olfactifs de mammifères stabilisés pour agir comme des capteurs, dont les flux de données peuvent être traités en temps réel par les capacités d’un smartphone typique. Il envisage un jour où chaque téléphone aura un détecteur de parfum intégré, tout comme les caméras sont désormais omniprésentes dans les téléphones. De tels détecteurs, équipés d’algorithmes avancés développés grâce à l’apprentissage automatique, pourraient potentiellement détecter les premiers signes de maladie bien plus tôt que les régimes de dépistage classiques, dit-il – et pourraient même avertir de la fumée ou d’une fuite de gaz.

Lors des derniers tests, l’équipe a testé 50 échantillons d’urine provenant de cas confirmés de cancer de la prostate et de contrôles connus pour être indemnes de la maladie, en utilisant à la fois des chiens dressés et manipulés par Medical Detection Dogs au Royaume-Uni et le système de détection miniaturisé. Ils ont ensuite appliqué un programme d’apprentissage automatique pour identifier les similitudes et les différences entre les échantillons qui pourraient aider le système basé sur des capteurs à identifier la maladie. En testant les mêmes échantillons, le système artificiel a pu égaler les taux de réussite des chiens, les deux méthodes obtenant plus de 70%.

Le système de détection miniaturisé, dit Mershin, est en fait 200 fois plus sensible que le nez d’un chien en termes de capacité à détecter et à identifier de minuscules traces de différentes molécules, comme confirmé par des tests contrôlés mandatés par la DARPA. Mais en termes d’interprétation de ces molécules, «c’est 100% plus idiot». C’est là que l’apprentissage automatique entre en jeu, pour essayer de trouver les modèles insaisissables que les chiens peuvent déduire de l’odeur, mais les humains n’ont pas été en mesure de saisir à partir d’une analyse chimique.

«Les chiens ne connaissent aucune chimie», dit Mershin. «Ils ne voient pas une liste de molécules apparaître dans leur tête. Lorsque vous sentez une tasse de café, vous ne voyez pas une liste de noms et de concentrations, vous ressentez une sensation intégrée. Cette sensation de caractère olfactif est ce que les chiens peut le mien. “

Alors que l’appareil physique de détection et d’analyse des molécules dans l’air est en cours de développement depuis plusieurs années, l’accent étant mis en grande partie sur la réduction de sa taille, jusqu’à présent l’analyse faisait défaut. “Nous savions que les capteurs sont déjà meilleurs que ce que les chiens peuvent faire en termes de limite de détection, mais ce que nous n’avons pas montré auparavant, c’est que nous pouvons former une intelligence artificielle pour imiter les chiens”, dit-il. “Et maintenant, nous avons montré que nous pouvons faire cela. Nous avons montré que ce que fait le chien peut être reproduit dans une certaine mesure.”

Cette réalisation, disent les chercheurs, fournit un cadre solide pour de nouvelles recherches visant à développer la technologie à un niveau adapté à une utilisation clinique. Mershin espère pouvoir tester un ensemble d’échantillons beaucoup plus large, peut-être 5 000, pour identifier plus en détail les indicateurs significatifs de la maladie. Mais de tels tests ne sont pas bon marché: il en coûte environ 1000 $ par échantillon pour des échantillons cliniquement testés et certifiés d’urine porteuse et indemne de maladie à collecter, documenter, expédier et analyser, dit-il.

Réfléchissant à la façon dont il s’est impliqué dans cette recherche, Mershin a rappelé une étude sur la détection du cancer de la vessie, dans laquelle un chien n’arrêtait pas d’identifier à tort un membre du groupe témoin comme étant positif pour la maladie, même s’il avait été spécifiquement sélectionné sur la base de tests hospitaliers comme être sans maladie. Le patient, qui était au courant du test du chien, a choisi de subir d’autres tests et, quelques mois plus tard, il a été découvert qu’il était atteint de la maladie à un stade très précoce. “Même si ce n’est qu’un cas, je dois admettre que cela m’a influencé”, dit Mershin.

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