De nombreuses études ont montré que les chiens dressés peuvent détecter de nombreux types de maladies, notamment pulmonaires, Sein, ovaire, vessie, et les cancers 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 dresser de tels chiens, et leur disponibilité et leur temps sont limités. Les scientifiques recherchent des moyens d'automatiser les incroyables capacités olfactives du nez et du cerveau canins, 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 couplé cela à un processus d'apprentissage automatique qui peut identifier les caractéristiques distinctives des échantillons porteurs de la maladie.

Les résultats, qui, selon les chercheurs, pourrait 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 UN , dans un article de Clare Guest de Medical Detection Dogs au Royaume-Uni, Chercheur scientifique Andreas Mershin du MIT, et 18 autres à l'Université Johns Hopkins, la Fondation du cancer de la prostate, et plusieurs autres universités et organisations.

"Chiens, depuis maintenant une quinzaine d'années, se sont avérés les plus anciens, détecteurs de maladies les plus précis pour tout ce que nous avons jamais essayé, " dit Mershin. Et leur performance dans les tests contrôlés a dans certains cas dépassé celle des meilleurs tests de laboratoire actuels, il dit. "Jusque là, de nombreux types de cancers ont été détectés plus tôt par les chiens que toute autre technologie."

Quoi de plus, les chiens semblent établir des connexions qui ont jusqu'à présent 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 évidentes 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. En utilisant des outils analytiques puissants, notamment la spectrométrie de masse par chromatographie en phase gazeuse (GCMS) et le profilage microbien, "si vous analysez les échantillons de, Disons, le cancer de la peau et le cancer de la vessie et le cancer du sein et le cancer du poumon—toutes des choses qu'il a été démontré que le chien est capable de détecter—ils n'ont rien en commun. autres.

Mershin et l'équipe au cours des dernières années ont développé, et a continué à s'améliorer, un système de détection miniaturisé qui incorpore des récepteurs olfactifs de mammifères stabilisés pour agir comme des capteurs, dont les flux de données peuvent être gérés en temps réel par les capacités d'un smartphone typique. Il envisage un jour où chaque téléphone aura un détecteur d'odeur intégré, tout comme les appareils photo sont désormais omniprésents dans les téléphones. De tels détecteurs, équipé d'algorithmes avancés développés grâce au machine learning, pourrait potentiellement détecter les premiers signes de la maladie bien plus tôt que les régimes de dépistage typiques, dit-il - et pourrait même avertir de la fumée ou d'une fuite de gaz.

Dans les derniers tests, l'équipe a testé 50 échantillons d'urine provenant de cas confirmés de cancer de la prostate et de témoins 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, avec les deux méthodes marquant plus de 70 pour cent.

Le système de détection miniaturisé, Mershin dit, est en fait 200 fois plus sensible que le nez d'un chien en termes de détection et d'identification 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 pour cent plus stupide." C'est là qu'intervient l'apprentissage automatique, pour essayer de trouver les motifs insaisissables que les chiens peuvent déduire de l'odeur, mais les humains n'ont pas été capables de saisir à partir d'une analyse chimique.

"Les chiens ne connaissent aucune alchimie, " dit Mershin. " Ils ne voient pas une liste de molécules apparaître dans leur tête. Quand tu sens une tasse de café, vous ne voyez pas de liste de noms et de concentrations, vous ressentez une sensation intégrée. Cette sensation de caractère olfactif est ce que les chiens peuvent exploiter."

Alors que l'appareil physique de détection et d'analyse des molécules dans l'air est en cours de développement depuis plusieurs années, avec une grande partie de l'accent 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 entraîner une intelligence artificielle pour imiter les chiens, " dit-il. " Et maintenant, nous avons montré que nous pouvons le faire. 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 la poursuite des recherches afin de 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 :ils coûtent environ 1 $, 000 par échantillon pour les échantillons cliniquement testés et certifiés d'urines porteuses et indemnes de la maladie à collecter, documenté, Expédié, et analysé, dit-il.

En réfléchissant à la manière dont il s'est impliqué dans cette recherche, Mershin a rappelé une étude sur la détection du cancer de la vessie, dans lequel un chien a continué à 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 étant indemne de maladie. Le patient, qui connaissait le test du chien, a opté pour d'autres tests, et quelques mois plus tard, on a découvert que la maladie était à un stade très précoce. "Même s'il ne s'agit que d'un cas, Je dois admettre que cela m'a influencé, " dit Mershin.