雷鋒網(wǎng)消息，為了打擊生物恐怖主義，韓國的科學家們已經(jīng)開始訓練人工智能，以迅速發(fā)現(xiàn)炭疽病。新技術雖然還沒有達到完全準確的地步，但比目前的測試方法要快的多。它可以徹底改變我們篩選神秘的白色粉末——炭疽病原體芽孢的方式，目前，炭疽病原體芽孢,已經(jīng)成為一種致命的“生物武器”。
韓國科學技術院的研究人員將全息顯微鏡與 AI 技術相結合。他們創(chuàng)建的算法可以分析細菌孢子的圖像，在不到一秒鐘的時間里確定它們是否屬于炭疽。根據(jù)上周在《Science Advances》上發(fā)表的一篇論文顯示，該項技術的準確率已達96％。
據(jù)雷鋒網(wǎng)(公眾號：雷鋒網(wǎng))了解，炭疽是由炭疽芽孢桿菌引起的一種人畜共患的急性傳染?。ǜ腥竞图毦ǔ１环Q為炭疽）。人們在處理受感染動物的皮膚或肉類時，會意外地感染炭疽。臨床上主要表現(xiàn)為皮膚壞死、潰瘍、焦痂和周圍組織廣泛水腫及毒血癥癥狀，皮下及漿膜下結締組織出血性浸潤；血液凝固不良，呈煤焦油樣，偶可引致肺、腸和腦膜的急性感染，并可伴發(fā)敗血癥。自然條件下，食草獸最易感，人類中等敏感，主要發(fā)生于與動物及畜產(chǎn)品加工接觸較多及誤食病畜肉的人員。
炭疽也是一種危險的生物武器：2001年，美國發(fā)生了著名的生物恐怖襲擊——“炭疽事件”，從2001年9月18日開始，有人把含有炭疽桿菌的信件寄給數(shù)個新聞媒體辦公室以及兩名民主黨參議員。這個事件導致5人死亡，17人被感染。
一旦孢子進入體內，它們會發(fā)芽和繁殖，導致流感樣疾病以及毒血癥癥狀。如果不治療的話，至少85％受感染的人會死亡，有時在癥狀出現(xiàn)后一到兩天內就會死亡（相比之下，皮膚感染炭疽病往往不那么致命）。實驗室工作人員或是加工動物毛發(fā)的人是最容易感染炭疽的一類人。對于這類人，有疫苗可以進行治療，我們其他人則有抗生素 ——但這些藥物只有在接觸后盡快開始的時候效果最好。
快速檢測炭疽病很重要
因此，快速檢測炭疽是很重要的?，F(xiàn)在最常見的方法之一是分析孢子的遺傳物質或者在感染組織中發(fā)現(xiàn)的細菌。但是，通常需要給孢子一點時間繁殖，以產(chǎn)生足夠的遺傳物質進行分析。密蘇里大學的細菌學家 George Stewart 說，“想要通過最快捷的方法獲得結果，仍然需要投入更大的精力”，他也開發(fā)了一種炭疽檢測器，并沒有參與這項研究。
為了尋求更快的篩選技術，這項研究的主要作者、物理學家 YongKeun Park 與韓國國防科學研究所進行了合作。他說，我們的目標是做好準備，以防朝鮮利用炭疽作為生物武器。
Park 轉向一種被稱為全息顯微鏡的成像技術：與傳統(tǒng)的顯微鏡不同，傳統(tǒng)的顯微鏡只能捕捉到物體的光散射強度，全息顯微鏡還可以捕獲光線行進的方向。由于細胞的結構和組成可以改變光線的反射，研究人員懷疑，全息顯微鏡可能捕捉到由炭疽和與之密切相關但毒性較小的種類產(chǎn)生的孢子之間的細微差別。
AI可以在幾秒鐘內識別炭疽孢子
雷鋒網(wǎng)了解到， Park 和他的團隊訓練了一種深入學習算法，從五種不同細菌種類的400多個個體孢子中發(fā)現(xiàn)其中的關鍵差異。一種是炭疽芽孢桿菌，它能夠引起炭疽，其余四種是與之密切相關的種類。研究人員并沒有確切地告訴 AI 如何辨別不同的種類——它自己就發(fā)現(xiàn)了這一點。經(jīng)過一番訓練， AI 在大約96％的時間內可以將炭疽芽孢與非炭疽芽孢桿菌物種區(qū)分開來。
該技術并不完美，但作為一種旨在檢測生物武器的工具，它必須是（完美的）。“它的缺點是精度低于常規(guī)方法，” Park 說。每個細菌種類的多種菌株都接受了分析，但機器只接受了每個物種的一種菌株的訓練量。Stewart 說，菌株之間微妙的差異可能會使算法脫離實際。盡管如此，這項新技術發(fā)展非常迅速，派上用場指日可待。Stewart 說：“它不需要培養(yǎng)生物體，也不需要提取 DNA ，除了能夠使孢子可視化外，它不需要任何其他的東西。”
“這可以增強我們對這種生物威脅的準備。”
接下來， Park 希望為 AI 神經(jīng)網(wǎng)絡提供更多的孢子圖像以提高準確性。同時，該方法可用作預篩選工具，用于快速確定人們接觸的白色粉末是否為炭疽，以及是否應啟用抗生素。隨后可以用更慢、更準確的方法來確認結果。
Park說：“這篇文章不會改變一切，但這是朝著能夠快速檢測炭疽的方法邁出的一步。“這可以增強我們對這種生物威脅的準備。”
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