科學(xué)家正訓(xùn)練人工智能(AI)來(lái)識(shí)別炭疽孢子。
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為了防范生化恐怖主義，韓國(guó)的科學(xué)家正訓(xùn)練人工智能來(lái)快速識(shí)別炭疽。新技術(shù)還不是100%的準(zhǔn)確，但比目前的測(cè)試方法要快得多。也可能徹底改變判斷人們那些神秘的白色粉末是否是致命生化武器的方式。
韓國(guó)高科所的研究人員將一種叫全息顯微術(shù)的成像技術(shù)和人工智能結(jié)合在了一起。他們創(chuàng)建的算法可以分析細(xì)菌孢子的影像，并且在不到一秒的時(shí)間內(nèi)確認(rèn)是否是炭疽威脅。根據(jù)這篇發(fā)表在上周《Science Advances》中的文章，這種技術(shù)的準(zhǔn)確率大概在96%。
炭疽病是由存在于土壤中的炭疽桿菌引起的傳染病。偶爾有人因?yàn)榻佑|染病動(dòng)物的皮或者肉而感染炭疽。但是炭疽也是一種危險(xiǎn)的生物武器：2001年，藏在郵件中的炭疽孢子感染了22人，并造成其中5人死亡。
炭疽孢子進(jìn)入人體后會(huì)立即開(kāi)始增殖并毒化血液，引發(fā)類(lèi)似流感的癥狀。如果不及時(shí)治療，因吸入炭疽孢子而染病的人死亡率高達(dá)85%，且有些人在出現(xiàn)癥狀的一至兩天內(nèi)就會(huì)死去。因皮膚接觸而感染的炭疽病倒是沒(méi)有那么致命。另外，對(duì)于炭疽病的易感人群——比如實(shí)驗(yàn)室工作人員和從事動(dòng)物毛皮相關(guān)工作的人員，已經(jīng)有一種炭疽病的疫苗了。對(duì)于其他人的治療會(huì)用上抗生素，而且最好是在接觸炭疽之后立即使用。
炭疽檢測(cè)非常重要
所以快捷的炭疽檢測(cè)方法是很重要的。目前最常用的檢測(cè)方法之一是分析炭疽孢子的遺傳物質(zhì)，或者在當(dāng)有人感染的時(shí)候，分析感染組織中的細(xì)菌。但這通常需要一段時(shí)間用于進(jìn)行細(xì)菌培養(yǎng)，以便獲得足夠用來(lái)分析的遺傳物質(zhì)。密蘇里大學(xué)的細(xì)菌學(xué)家 George Stewart沒(méi)有參與這項(xiàng)研究，但他也在研究炭疽檢測(cè)方法，他表示“目前最快的方法也差不多需要一天時(shí)間來(lái)獲得結(jié)果?！?/p>
研究帶頭人YongKeun Park(樸永康？)目前正與韓國(guó)國(guó)防發(fā)展局合作，以尋求更快的炭疽篩選技術(shù)。他們的目標(biāo)是防備朝鮮以炭疽作為生物武器。
Park采用了一種稱(chēng)為全息顯術(shù)的圖像技術(shù)：傳統(tǒng)的顯微鏡只能捕捉光從物體上散射出來(lái)的強(qiáng)度，而全息顯微鏡還能夠檢測(cè)出光的軌跡。由于不同的結(jié)構(gòu)和組成可以改變光從細(xì)胞身上反射的方式，研究人員認(rèn)為全息顯微鏡鏡可以區(qū)分出炭疽孢子和與之非常相似但毒性較小的其他孢子之間在光線反射方面那些細(xì)微，但是非常關(guān)鍵的差別。
AI可以在幾秒內(nèi)識(shí)別炭疽孢子
Park和他的團(tuán)隊(duì)寫(xiě)了一種深度學(xué)習(xí)算法，從來(lái)自五種不同細(xì)菌的400余個(gè)孢子中發(fā)現(xiàn)這些關(guān)鍵的差異。其中一種是會(huì)引發(fā)炭疽病的炭疽桿菌，另外四種是與其相似的其他細(xì)菌。研究人員沒(méi)有具體告訴神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)如何識(shí)別不同的細(xì)菌種類(lèi)——AI自己發(fā)現(xiàn)了這一點(diǎn)。經(jīng)過(guò)一定的訓(xùn)練后，AI分辨炭疽孢子的準(zhǔn)確率大約在96%左右。
這種技術(shù)還談不上完善，因?yàn)樽鳛橐环N檢測(cè)生物武器的手段，技術(shù)必須是100%準(zhǔn)確的。Park表示，“這個(gè)技術(shù)的缺陷在于，它的檢測(cè)準(zhǔn)確率要低于現(xiàn)在通行的其他方式?！盨tewart認(rèn)為可能是不同菌株之間細(xì)微的差異騙過(guò)了算法，畢竟每個(gè)細(xì)菌種類(lèi)都有多個(gè)菌株，但是機(jī)器只針對(duì)其中一個(gè)菌株進(jìn)行了訓(xùn)練。不過(guò)這項(xiàng)新技術(shù)還是很有用的，畢竟它太快了。Stewart說(shuō)，“新技術(shù)不需要進(jìn)行細(xì)菌培養(yǎng)、不需要提取DNA，除了必須獲得孢子的圖像之外，它什么都不需要?！?/p>
新技術(shù)可以讓針對(duì)炭疽生化攻擊的準(zhǔn)備更加充分
下一步，Park想試著給神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)提供更多孢子的圖像，以提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性。與此同時(shí)，這項(xiàng)技術(shù)也可以作為一種預(yù)篩選工具，用于決定人們接觸到的可疑白色粉末是否是炭疽細(xì)菌，以及是否開(kāi)始使用抗生素。之后再由更慢但更準(zhǔn)確的傳統(tǒng)方法來(lái)確認(rèn)預(yù)篩選的結(jié)果。
“這篇論文改變不了什么”，Park說(shuō)，但我們朝著快速檢測(cè)炭疽前進(jìn)了一步。“這可以讓我們針對(duì)這種生化攻擊威脅有更充分的準(zhǔn)備?！?/p>
本文譯自The Verge，由譯者 Freez Sun 基于創(chuàng)作共用協(xié)議(BY-NC)發(fā)布。
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