韓國使用人工智慧快速識別炭疽威脅

科學家正訓練人工智慧(AI)來識別炭疽孢子。

credit: 123RF

為了防範生化恐怖主義，韓國的科學家正訓練人工智慧來快速識別炭疽。新技術還不是100%的準確，但比目前的測試方法要快得多。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。

韓國高科所的研究人員將一種叫全息顯微術的成像技術和人工智慧結合在了一起。他們創建的演算法可以分析細菌孢子的影像，並且在不到一秒的時間內確認是否是炭疽威脅。根據這篇發表在上周《Science Advances》中的文章，這種技術的準確率大概在96%。

炭疽病是由存在於土壤中的炭疽桿菌引起的傳染病。偶爾有人因為接觸染病動物的皮或者肉而感染炭疽。但是炭疽也是一種危險的生物武器：2001年，藏在郵件中的炭疽孢子感染了22人，並造成其中5人死亡。

炭疽孢子進入人體後會立即開始增殖並毒化血液，引發類似流感的癥狀。如果不及時治療，因吸入炭疽孢子而染病的人死亡率高達85%，且有些人在出現癥狀的一至兩天內就會死去。因皮膚接觸而感染的炭疽病倒是沒有那麼致命。另外，對於炭疽病的易感人群——比如實驗室工作人員和從事動物毛皮相關工作的人員，已經有一種炭疽病的疫苗了。對於其他人的治療會用上抗生素，而且最好是在接觸炭疽之後立即使用。

炭疽檢測非常重要

所以快捷的炭疽檢測方法是很重要的。目前最常用的檢測方法之一是分析炭疽孢子的遺傳物質，或者在當有人感染的時候，分析感染組織中的細菌。但這通常需要一段時間用於進行細菌培養，以便獲得足夠用來分析的遺傳物質。密蘇里大學的細菌學家 George Stewart沒有參與這項研究，但他也在研究炭疽檢測方法，他表示「目前最快的方法也差不多需要一天時間來獲得結果。」

研究帶頭人YongKeun Park(朴永康？)目前正與韓國國防發展局合作，以尋求更快的炭疽篩選技術。他們的目標是防備朝鮮以炭疽作為生物武器。

Park採用了一種稱為全息顯術的圖像技術：傳統的顯微鏡只能捕捉光從物體上散射出來的強度，而全息顯微鏡還能夠檢測出光的軌跡。由於不同的結構和組成可以改變光從細胞身上反射的方式，研究人員認為全息顯微鏡鏡可以區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微，但是非常關鍵的差別。

AI可以在幾秒內識別炭疽孢子

Park和他的團隊寫了一種深度學習演算法，從來自五種不同細菌的400餘個孢子中發現這些關鍵的差異。其中一種是會引發炭疽病的炭疽桿菌，另外四種是與其相似的其他細菌。研究人員沒有具體告訴神經網路如何識別不同的細菌種類——AI自己發現了這一點。經過一定的訓練後，AI分辨炭疽孢子的準確率大約在96%左右。

這種技術還談不上完善，因為作為一種檢測生物武器的手段，技術必須是100%準確的。Park表示，「這個技術的缺陷在於，它的檢測準確率要低於現在通行的其他方式。」Stewart認為可能是不同菌株之間細微的差異騙過了演算法，畢竟每個細菌種類都有多個菌株，但是機器只針對其中一個菌株進行了訓練。不過這項新技術還是很有用的，畢竟它太快了。Stewart說，「新技術不需要進行細菌培養、不需要提取DNA，除了必須獲得孢子的圖像之外，它什麼都不需要。」

新技術可以讓針對炭疽生化攻擊的準備更加充分

下一步，Park想試著給神經網路提供更多孢子的圖像，以提高檢測的準確性。與此同時，這項技術也可以作為一種預篩選工具，用於決定人們接觸到的可疑白色粉末是否是炭疽細菌，以及是否開始使用抗生素。之後再由更慢但更準確的傳統方法來確認預篩選的結果。

「這篇論文改變不了什麼」，Park說，但我們朝著快速檢測炭疽前進了一步。「這可以讓我們針對這種生化攻擊威脅有更充分的準備。」

本文譯自 The Verge，由譯者 Freez Sun 基於創作共用協議(BY-NC)發布。

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