Работать врачами рентгенологами и ставить диагнозы теперь будут голуби

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.

Вся наша жизнь — борьба с раком
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.

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.

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.


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 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.