Scienza

Se sei malato, l'IA lo capisce dal respiro

Un sistema di apprendimento automatico impara a riconoscere le sostanze volatili nell'alito umano che potrebbero rivelare patologie in corso, inclusi alcuni tipi di tumori.

La medicina si muove sempre di più nella direzione di test diagnostici non invasivi, rapidi e poco costosi, che sappiano rintracciare in anticipo le prime spie di possibili malattie: è notizia di questi giorni la sperimentazione di un esame della saliva capace di evidenziare i marcatori genetici che predispongono il 10% degli uomini a un rischio tre volte più alto di tumore alla prostata.

Sempre in fatto di prevenzione, c'è un campo di analisi ancora poco sfruttato che serba una miniera di informazioni sul nostro stato fisico: gli aerosol che esaliamo con il fiato, che sono ricchi di molecole che possono rivelare uno stato infiammatorio o uno stress fisico in corso e persino lo sviluppo iniziale di alcuni tipi di cancro. Un sistema olfattivo sviluppato, come quello di alcuni animali, può identificarli facilmente: non così l'olfatto umano, meno sensibile a questo tipo di indizi.

Olfatto salvavita. I sistemi di l'intelligenza artificiale possono però essere di aiuto: un team di ricercatori della Loughborough University (Regno Unito) e dell'Università di Edimburgo (Scozia), in collaborazione con il NHS scozzese sta mettendo a punto un sistema di IA in grado di "annusare" l'alito umano e trarre conclusioni sulla nostra salute. I risultati dello studio saranno presentati a luglio all'International Joint Conference on Neural Networks (IJCNN 2018) di Rio de Janeiro (Brasile).

Più veloce e preciso. Un gruppo di medici dell'Edimburgh Cancer Centre ha analizzato campioni di fiato emesso da pazienti in cura per vari tipi di cancro. I composti sono stati identificati "a mano" dai ricercatori, grazie a tecniche come la gascromatografia-spettrometria di massa (che rintraccia migliaia di composti organici volatili nel respiro), e i dati sono poi stati passati a reti neurali capaci di processare grandi moli di informazioni contemporaneamente.

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Il modello 3D dei dati estratti da un campione di respiro emesso: ogni picco rappresenta un frammento di molecola. Dalla distribuzione di questi picchi si può dedurre la presenza di composti organici volatili, ma il lavoro - senza l'IA - è lungo e dispendioso. © James Gathany

Il sistema di IA ha progressivamente imparato a riconoscere gli schemi ricorrenti riconducibili a specifiche sostanze chimiche: a cominciare dagli aldeidi, composti associati allo stress fisico e ad alcune malattie. In pochi minuti, il software ha riconosciuto gli elementi chimici fondamentali del campione, velocizzando un processo che normalmente, eseguito in laboratorio, è lungo e suscettibile di errori.

«Al momento le apparecchiature che percepiscono gli odori non sono in grado di riconoscerli in modo autonomo», spiega Andrea Soltoggio, docente universitario della Loughborough University e direttore della ricerca. «È necessaria un'analisi laboriosa da parte di scienziati che analizzano i dati manualmente, impiegando ore per studiare un singolo campione. Introducendo algoritmi di IA possiamo fare analizzare le "tracce" lasciate dagli odori direttamente al computer, che può riconoscere in modo istantaneo decine di componenti chimiche diverse. Spesso, inoltre, non è un singolo odore, ma la combinazione di più odori in diverse intensità, che permette di ricostruire la causa. Questi algoritmi potranno riconoscere diverse intensità in modo autonomo: sono più affidabili, fanno meno errori, e sono instancabili.»

Un valido aiuto. «Al momento stiamo estendendo lo studio per individuare almeno 30 odori diversi in modo accurato e istantaneo», prosegue il ricercatore. «Questi dati verranno poi utilizzati per fare diagnosi precise e avanzate, per esempio su patologie tumorali. Un altro possibile sviluppo è l'applicazione di questa tecnologia nella gestione delle emergenze per determinare, ad esempio, stati di avvelenamento o esposizione a radiazioni, ma i campi di applicazione sono molteplici: dalle indagini di polizia scientifica al monitoraggio di condizioni ambientali, per esempio nella produzione di alimenti.»

16 giugno 2018 Elisabetta Intini
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