AI adquiere un sentido del olfato que puede detectar enfermedades en la respiración humana

AI adquiere un sentido del olfato que puede detectar enfermedades en la respiración humanaAI podrá analizar compuestos en tu aliento. James Gathany

La inteligencia artificial (AI) es mejor conocida por su capacidad de ver (como en coches sin conductor) y escuchar (como en Alexa y otros asistentes domésticos) A partir de ahora, también puede oler. Mis colegas y yo estamos desarrollando un sistema de IA que puede oler el aliento humano y aprender a identificar una gama de sustancias reveladoras de enfermedades que podríamos exhalar.

El sentido del olfato es usado por animales y incluso plantas para identificar cientos de sustancias diferentes que flotan en el aire. Pero comparado con el de otros animales, el sentido del olfato humano está mucho menos desarrollado y ciertamente no se usa para llevar a cabo actividades diarias. Por esta razón, los humanos no somos particularmente conscientes de la riqueza de la información que puede transmitirse a través del aire, y puede ser percibida por un sistema olfativo altamente sensible. AI puede estar a punto de cambiar eso.

Durante algunas décadas, los laboratorios de todo el mundo han podido usar máquinas para detectar cantidades muy pequeñas de sustancias en el aire. Esas máquinas, llamadas espectrómetros de masa de cromatografía de gases o GC-MS, puede analizar el aire para descubrir miles de moléculas diferentes conocidas como compuestos orgánicos volátiles.

En la máquina GC-MS, cada compuesto en una muestra de aire se separa primero y luego se fragmenta en fragmentos, creando una huella digital distintiva a partir de la cual se pueden reconocer los compuestos. La siguiente imagen es una visualización de una pequeña parte de los datos de un análisis de una muestra de aliento.

Cada pico representa un fragmento de una molécula. Los patrones particulares de tales picos revelan la presencia de sustancias distintas. A menudo, incluso el pico más pequeño puede ser crucial. Entre los varios cientos de compuestos presentes en el aliento humano, algunos de ellos podrían revelar la presencia de varios cánceres, incluso en etapas tempranas. Los laboratorios de todo el mundo están experimentando con GC-MS como una herramienta de diagnóstico no invasiva para identificar muchas enfermedades, sin dolor y de manera oportuna.

Desafortunadamente, el proceso puede consumir mucho tiempo. Grandes cantidades de datos deben ser inspeccionados manualmente y analizados por expertos. La gran cantidad de compuestos y la complejidad de los datos significan que incluso los expertos tardan mucho tiempo en analizar una sola muestra. Los humanos también son propensos al error, pueden perder un compuesto o confundir un compuesto con otro.

Cómo la inteligencia artificial puede ayudar

Como parte de la Universidad de Loughborough equipo de ciencia de datos, mis colegas y yo estamos adaptando la última tecnología de inteligencia artificial para percibir y aprender un tipo diferente de datos: los compuestos químicos en las muestras de aliento. Modelos matemáticos inspirados por el cerebro, llamados redes de aprendizaje profundo, fueron diseñados específicamente para "leer" las huellas dejadas por los olores.


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Un equipo de médicos, enfermeras, radiólogos y físicos médicos en el Edinburgh Cancer Center recolectó muestras de aliento de participantes sometidos a tratamiento de cáncer. Las muestras fueron luego analizadas por dos equipos de químicos e informáticos.

Una vez que los químicos identificaron manualmente una serie de compuestos, se les proporcionó a los equipos rápidos la formación de redes de aprendizaje profundo. El cálculo fue acelerado por dispositivos especiales, llamados GPU, que pueden procesar múltiples piezas de información al mismo tiempo. Las redes de aprendizaje profundo aprendieron más y más de cada muestra de aliento hasta que pudieron reconocer patrones específicos que revelaron compuestos específicos en la respiración.

En este primer estudio, el foco estaba en reconocer un grupo de químicos, llamados aldehídos, que a menudo se asocian con fragancias, pero también con condiciones de estrés y enfermedades humanas.

Las computadoras equipadas con esta tecnología solo tardan unos minutos en analizar de forma autónoma una muestra de aliento que anteriormente le tomaba horas a un experto humano. Efectivamente, AI está haciendo que todo el proceso sea más barato, pero sobre todo lo hace más confiable. Aún más interesante, este software inteligente adquiere conocimiento y mejora con el tiempo a medida que analiza más muestras. Como resultado, el método no está restringido a ninguna sustancia en particular. Usando esta técnica, los sistemas de aprendizaje profundo pueden ser entrenados para detectar pequeñas cantidades de compuestos volátiles con aplicaciones potencialmente amplias en medicina, medicina forense, análisis ambiental y otros.

La conversaciónSi un sistema de inteligencia artificial puede detectar marcadores de enfermedad, también es posible diagnosticar si estamos enfermos o no. Esto tiene un gran potencial, pero también podría ser controvertido. Simplemente sugerimos que la IA podría usarse como una herramienta para detectar sustancias en el aire. No necesariamente tiene que diagnosticar o tomar una decisión. Las conclusiones y decisiones finales nos quedan a nosotros.

Sobre el Autor

Andrea Soltoggio, profesor, Universidad de Loughborough

Este artículo se publicó originalmente el La conversación. Leer el articulo original.

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