Phát hiện ung thư bằng trí tuệ nhân tạo AI - đột phá trong y học thời 4.0

Trí tuệ nhân tạo (AI) được biết đến nhiều nhất với khả năng nhìn (như trong những chiếc xe không người lái, công nghệ nhận diện hình ảnh khuôn mặt), khả năng nghe (như Alexa và những trợ lý ảo khác). Và bắt đầu từ bây giờ, bạn sẽ còn biết rằng trí tuệ nhân tạo cũng có thể ngửi.

1. Đưa trí tuệ nhân tạo để chẩn đoán bệnh tật

Một nhóm các nhà khoa học ở Anh đang phát triển một hệ thống AI có thể ngửi hơi thở của con người để chẩn đoán bệnh tật.

Trí thông minh nhân tạo có thể ngửi hơi thở của bạn để phát hiện ung thư

Động vật, thậm chí cả một số loài thực vật cũng có khả năng cảm nhận mùi hương để nhận diện hàng trăm hợp chất khác nhau trôi nổi trong không khí. Nhưng so với loài động vật khác, khứu giác của con người ít phát triển hơn và chắc chắn không được sử dụng thường xuyên mỗi ngày.

Vì lý do đó, con người không nhận thức được sự phong phú của những dạng thông tin có thể truyền qua không khí bằng mùi hương, thứ chỉ có thể được cảm nhận bởi một hệ thống khứu giác đặc biệt nhạy cảm. Nhưng với sự trợ giúp của AI, chúng ta có thể sắp thay đổi điều đó.

Từ một vài thập kỷ trước, các phòng thí nghiệm hóa học trên thế giới đã có thể sử dụng máy móc để phát hiện một lượng rất nhỏ các chất có trong không khí. Những chiếc máy này, được gọi là sắc ký khí ghép khối phổ (GC-MS) có thể phân tích không khí để khám phá ra hàng ngàn phân tử khác nhau gọi là các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi.

Trong máy GC-MS, mỗi hợp chất từ một mẫu không khí được tách ra, sau đó đập vỡ thành từng mảnh, tạo ra một dấu vết đặc biệt mà từ đó chúng có thể được nhận ra. Hình ảnh dưới đây sẽ cho bạn hình dung một phần nhỏ dữ liệu từ phân tích mẫu không khí là hơi thở của con người:

Mỗi đỉnh trên hình đại diện cho một mảnh của một phân tử. Các mô hình với các đỉnh như vậy cho thấy sự hiện diện của các chất riêng biệt. Thường thì ngay cả đỉnh nhỏ nhất cũng có thể đóng vai trò rất quan trọng.

Trong số hàng trăm hợp chất có trong hơi thở của con người, một vài trong số đó có thể tiết lộ sự hiện diện của một loại ung thư nào đó, ngay cả ở giai đoạn đầu. Do đó, các phòng thí nghiệm trên khắp thế giới đang thử nghiệm dùng máy GC-MS như một công cụ chẩn đoán không xâm lấn, nhằm xác định nhiều loại bệnh tật một cách kịp thời mà không gây đau.

Thật không may, quá trình này có thể rất tốn thời gian. Số lượng lớn dữ liệu cần được các chuyên gia kiểm tra và phân tích một cách thủ công. Một lượng lớn các hợp chất và độ phức tạp của dữ liệu khiến chúng ta mất rất nhiều thời gian chỉ để phân tích một mẫu hơi thở duy nhất. Và ngay cả các chuyên gia có khi cũng mắc lỗi, họ có thể bỏ lỡ một hợp chất hoặc nhầm lẫn nó với một hợp chất khác.

2. Trí thông minh nhân tạo có thể phát hiện ung thư

Với ý tưởng sử dụng trí tuệ nhân tạo để thực hiện công việc đó thay cho các nhà khoa học, một nhóm nghiên cứu dữ liệu tại Đại học Loughborough, Anh Quốc đang phát triển một hệ thống AI có thể cảm nhận và tìm hiểu các hợp chất hóa học có trong mẫu hơi thở.

Mô hình sử dụng trí tuệ nhân tạo để phát hiện ung thư. (Ảnh: Theconversation)

Các mô hình toán học lấy cảm hứng từ những gì xảy ra bên trong não bộ, được gọi là mạng học sâu, được thiết kế đặc biệt để "đọc" các dấu vết có trong hơi thở của bạn.

Một nhóm các bác sĩ, y tá, chuyên gia X-quang và các nhà vật lý y tế tại Trung tâm Ung thư Edinburgh đã thu thập mẫu hơi thở từ các bệnh nhân của họ. Mẫu sau đó được phân tích bởi hai nhóm, một bên là các nhà hóa học và một bên là các nhà khoa học máy tính.

Một khi các nhà hóa học xác định thủ công được một hợp chất có trong mẫu hơi thở của người bệnh, nó được biến thành dữ liệu để dạy lại mạng lưới học sâu của AI phía bên các nhà khoa học máy tính. Tính toán được tăng tốc bởi các thiết bị đặc biệt, được gọi là GPU, có thể xử lý nhiều phần thông tin khác nhau cùng một lúc.

Các mạng học sâu được đào tạo liên tục từ các mẫu phẩm hơi thở nó phân tích, từ đó, chúng ngày càng tiến bộ, cho đến khi có thể tự nhận ra được các chất hóa học cụ thể có trong mẫu hơi thở mà không cần đến các nhà hóa học nữa.

Trong nghiên cứu đầu tiên này, AI được định hướng sự tập trung vào nhận biết một nhóm hóa chất, được gọi là aldehyde, thường xuất hiện trong hơi thở của những bệnh nhân hoặc người bình thường bị stress.

Máy tính được trang bị công nghệ AI chỉ mất vài phút để tự động phân tích một mẫu hơi thở mà trước đây một chuyên gia cũng phải mất ít nhất vài giờ mới thực hiện được. Bởi hiệu năng của nó, AI giúp cho toàn bộ quá trình phân tích mẫu hơi thở trở nên rẻ hơn - nhưng trên tất cả nó làm cho phân tích cũng đáng tin cậy hơn.

Thú vị hơn nữa, với chức năng học sâu, AI có thể thu nhận thêm kiến thức và cải thiện độ chính xác của nó theo thời gian, khi nó phân tích nhiều mẫu hơn. Kết quả là phương pháp này không bị hạn chế đối với bất kỳ chất cụ thể nào, nghĩa là nó có khả năng ngửi thấy mọi thứ.

Trí tuệ nhân tạo được huấn luyện để phát hiện ngay cả một lượng nhỏ các hợp chất dễ bay hơi, có thể được ứng dụng rộng rãi trong y học, pháp y, phân tích môi trường và nhiều lĩnh vực khác. Nếu một hệ thống AI có thể phát hiện các dấu hiệu của bệnh tật, sau đó nó cũng có thể làm công việc chẩn đoán và kê đơn như một bác sĩ.

Nhưng có lẽ, chúng ta chỉ nên sử dụng AI như một công cụ để phát hiện các chất trong không khí. Không nhất thiết chúng ta phải nghe theo chẩn đoán của AI hoặc phụ thuộc vào chúng để đưa ra quyết định. Các kết luận cuối cùng có lẽ vẫn nên do con người thực hiện.