Пенсионный советник

Голуби диагностируют рак

Голуби научились отличать снимки злокачественных опухолей от снимков здоровой ткани

Яна Хлюстова 21.11.2015, 11:20
Shutterstock

Голуби смогли отличить снимки пораженных раком органов от снимков здоровой ткани с точностью 99%. Отдел науки «Газеты.Ru» рассказывает, как исследователям удалось превратить в онкологов птиц, способных определять, где картины Пикассо, а где — Моне.

У голубей выявлены выдающиеся способности к зрительному восприятию информации и ее обобщению. Исследования, проводившиеся на протяжении последних 50 лет, показали, что голубей можно научить отличать разные буквы алфавита, разбираться в том, имеет ли таблетка лекарства правильную или неправильную форму, верно идентифицировать предметы, принадлежащие к определенным категориям (кошки, цветы, машины и стулья). Более того, в 1995 году The Journal of the Experimental Analyses of Behavior опубликовал статью, авторы которой сумели научить голубей отличать полотна Клода Моне от картин Пабло Пикассо.

В ходе экспериментов голуби не просто запомнили определенный набор картин, принадлежащих тому или иному художнику, но и проявили способность к генерализации (то есть обобщению) полученной информации.

Когда птицам демонстрировали незнакомые им картины, они верно отличали Клода Моне от Поля Сезанна и Пьера Ренуара, а Пабло Пикассо — от Анри Матисса и Жоржа Брака.

Кроме того, голуби обладают впечатляющей памятью — как показывают эксперименты, эти птицы могут запомнить до 1800 разных изображений. Ученые пока не могут понять, какие именно механизмы головного мозга птиц задействованы в столь сложных процессах: голуби успешно различают и запоминают не только размер и форму предмета, но и его цвет, текстуру, а также особенности строения. Впрочем, одно биологи определить смогли: вовлеченные в распознавание визуальной информации нейронные механизмы голубей работают так же, как человеческие.

Учитывая все имеющиеся данные, ученые предположили, что способности голубей могут быть использованы и при распознавании изображений, имеющих отношение к медицине. Группа американских исследователей под руководством Ричарда Левенсона (Медицинский центр Калифорнийского университета в Дэвисе) проверила эту гипотезу и пришла к выводу, что голуби действительно могут составить достойную конкуренцию врачам-онкологам в диагностике заболевания. Подробнее с текстом исследования можно ознакомиться в престижном научном журнале PLoS ONE.

Ученые провели три эксперимента: в первом приняли участие восемь голубей из известного всем вида Columba livia (сизый голубь), а во втором и третьем были задействованы четыре птицы. В ходе каждого опыта использовался определенный тип изображений:

образцы гистологических исследований тканей груди; маммограммы, на которых были показаны здоровые ткани груди и ткани с образовавшимися в них микрокальцинатами (отложениями солей кальция); а также снимки доброкачественных и злокачественных опухолей молочной железы.

Все изображения и снимки были реальными — они брались из архива Медицинского центра, а перед экспериментами показывались врачам-онкологам, которых просили поставить пациенту диагноз, основываясь только на изображении.

Обучение птиц начиналось с демонстрации им результатов гистологического обследования тканей молочной железы. Четырем голубям показывали цветные фотографии, а четырем оставшимся — монохромные. Сначала птицам демонстрировали изображения с четырехкратным увеличением (на них скопления злокачественных клеток видны более четко), при этом птиц заставляли нажимать клювом на голубую или желтую кнопку в зависимости от того, присутствовало на снимке злокачественное образование или нет. Когда птицы отработали полученный навык, ученые усложнили задачу, взяв снимки с десятикратным и двадцатикратным увеличением. Верный ответ голубя, как и всегда в подобных экспериментах с животными, поощрялся угощением. После того как голуби запомнили, с какой кнопкой должно ассоциироваться наличие или отсутствие опухоли на снимках, на кнопку они нажимали самостоятельно.

Голубь перед оборудованием для тренировки
Голубь перед оборудованием для тренировки

Когда голуби усвоили тонкости работы с образцами гистологии, ученые предложили два других типа изображений. Задача птиц осталась прежней — отличить «чистый» снимок от снимка с отложениями солей кальция, а также изображение злокачественной опухоли от доброкачественной. Авторы исследования отмечают, что снимки, на которых проводилось обучение (птицы видели их не один десяток раз и, соответственно, запоминали), и изображения, использовавшиеся для контроля точности диагноза, поставленного голубями, были разными: «контрольные» снимки голуби видели впервые в жизни.

Спустя три дня после начала первого цикла тренировок (на изображениях, полученных в результате гистологических обследований) точность «постановки диагноза» птицами не превышала 50% — то есть обыкновенной случайности.

Однако к 15-му дню обучения голуби определяли изображения с опухолями в 85% случаев. В случае с незнакомыми изображениями точность оставалась такой же — это значит, что птицы успешно обобщали полученную информацию.

Образцы гистологии здоровой ткани (слева) и ткани со злокачественными опухолями (справа)
Образцы гистологии здоровой ткани (слева) и ткани со злокачественными опухолями (справа)

В случае с идентификацией микрокальцинатов голуби показали точность, равную 72% на незнакомых изображениях и 84% — на знакомых. На первый взгляд это не слишком много, чтобы сравнивать голубей с врачами, однако профессиональные онкологи смогли верно определить присутствие микрокальцинатов лишь на 70% снимков. Справедливости ради нужно отметить, что отсутствие отложений солей кальция врачи правильно диагностировали в 97% случаев.

 Образцы здоровой ткани (слева) и ткани со скоплениями кальция (справа)
Образцы здоровой ткани (слева) и ткани со скоплениями кальция (справа)

Последнее испытание, в ходе которого нужно было отличить доброкачественное образование от злокачественного, голуби провалили. Несмотря на то что обучение длилось 80 дней (предыдущие тренировки продолжались чуть более трех недель), точность постановки диагноза не превысила 44–50%. Такой же результат можно было получить обыкновенным подбрасыванием монетки.

Образцы снимков доброкачественной опухоли (слева) и злокачественной (справа)
Образцы снимков доброкачественной опухоли (слева) и злокачественной (справа)

Однако самым поразительным достижением ученые называют то, что коллективная диагностика (когда одно и то же изображение гистологического обследования показывалось четырем птицам) осуществлялась голубями с точностью 99% — это выше, чем точность диагностики врачей.

Впрочем, и последняя неудача голубей не сильно разочаровала ученых — как утверждает ведущий автор исследования Ричард Левенсон, даже опытные врачи испытывают серьезные трудности в том, чтобы отличить злокачественное образование от доброкачественного исключительно на основе снимка. По мнению ученого, чувствительность голубей к значимым для диагностики особенностям снимков доказывает, что они могут выступать своеобразными ассистентами исследователей, которые занимаются разработкой новых методов визуальной диагностики рака.