Porumbeii care pot detecta cancerul: experimentul științific care a uimit lumea medicală
Pare desprins dintr-un film SF, dar este cât se poate de real: oamenii de știință au reușit să antreneze porumbei pentru a recunoaște semne ale cancerului în imagini medicale. Iar rezultatele au fost atât de surprinzătoare, încât, în anumite teste, păsările au atins o performanță colectivă de 99%.
Când ne gândim la porumbei, ne imaginăm de obicei păsările care populează piețele orașelor, se plimbă printre trecători și caută firimituri de pâine. Puțini dintre noi le-am asocia cu laboratoarele medicale, microscoapele sau cercetarea cancerului.
Și totuși, aceste păsări aparent obișnuite ascund o capacitate extraordinară: pot învăța să recunoască diferențe vizuale extrem de subtile, inclusiv unele prezente în țesuturile afectate de cancer.
Un experiment publicat în anul 2015 a demonstrat că porumbeii pot fi antrenați să distingă imaginile unor țesuturi mamare sănătoase sau benigne de cele care prezintă modificări maligne.
Descoperirea a deschis o perspectivă fascinantă asupra inteligenței animale și asupra modului în care creierul interpretează informațiile vizuale.
Un experiment neobișnuit: porumbeii în rolul specialiștilor
Totul a pornit de la o întrebare curioasă: dacă medicii învață să recunoască anumite tipare vizuale asociate cancerului, ar putea și alte specii să învețe același lucru?
Cercetători de la Universitatea din California, Davis, și Universitatea din Iowa au decis să testeze această ipoteză.
În cadrul experimentului, porumbeilor le-au fost prezentate pe ecrane tactile imagini microscopice ale unor țesuturi mamare umane.
Unele imagini reprezentau țesuturi benigne, iar altele prezentau țesuturi canceroase.
Păsările trebuiau să aleagă unul dintre două răspunsuri, în funcție de ceea ce observau.
Atunci când identificau corect imaginea, primeau o recompensă alimentară.
Prin repetarea exercițiului, porumbeii au început să asocieze anumite caracteristici vizuale cu prezența sau absența cancerului.
Iar rezultatele au depășit așteptările.
De la 50% la 85% precizie în doar două săptămâni
La începutul experimentului, porumbeii identificau corect imaginile în aproximativ 50% dintre cazuri, un rezultat echivalent cu alegerea la întâmplare.
După aproximativ 15 zile de antrenament, performanța lor a crescut la aproximativ 85% răspunsuri corecte.
Dar cercetătorii au vrut să afle ceva și mai important.
Memoraseră păsările imaginile sau învățaseră cu adevărat să recunoască tiparele asociate cancerului?
Pentru a afla răspunsul, le-au prezentat imagini complet noi, pe care nu le mai văzuseră niciodată.
În mod remarcabil, porumbeii au continuat să identifice corect aproximativ 85% dintre noile imagini histologice color.
Acest rezultat sugera că păsările nu memoraseră pur și simplu fotografiile, ci învățaseră să recunoască anumite caracteristici vizuale relevante.
Patru porumbei, o performanță de 99%
Una dintre cele mai spectaculoase descoperiri a apărut atunci când cercetătorii au combinat răspunsurile mai multor porumbei.
În loc să analizeze performanța unei singure păsări, au folosit un sistem asemănător unui vot colectiv.
Fiecare porumbel analiza imaginea și oferea propriul răspuns. Apoi, cercetătorii combinau aceste răspunsuri pentru a evalua rezultatul grupului.
În anumite condiții experimentale, un grup de patru porumbei a atins o performanță de discriminare de aproximativ 99%.
Este important de precizat că această valoare provine dintr-un experiment controlat, cu imagini selectate, și nu înseamnă că porumbeii pot diagnostica orice cancer cu o precizie de 99%.
Cu toate acestea, rezultatul rămâne impresionant.
El arată că mai mulți observatori care analizează aceeași informație pot produce împreună rezultate mai bune decât fiecare observator luat separat.
Cum pot niște păsări să recunoască semnele cancerului?
Secretul se află în sistemul vizual al porumbeilor.
Deși creierul lor este mult mai mic decât cel uman, porumbeii au capacități remarcabile de discriminare vizuală.
Ei pot observa diferențe de formă, culoare, textură și organizare spațială.
În imaginile microscopice ale țesuturilor, celulele canceroase pot prezenta caracteristici diferite față de cele ale țesuturilor benigne.
De exemplu, pot exista modificări ale formei și dimensiunii nucleelor celulare sau ale modului în care sunt organizate celulele.
Medicii specialiști în anatomie patologică sunt pregătiți să interpreteze asemenea modificări.
Porumbeii nu înțeleg ce este cancerul și nu au cunoștințe medicale. Ei învață însă să asocieze anumite tipare vizuale cu un răspuns corect.
Această diferență este esențială: păsările nu înțeleg boala, dar pot învăța să recunoască unele dintre semnele sale vizuale.
Au reușit și să analizeze mamografii?
Da, însă cu anumite limite.
Într-o altă etapă a cercetării, porumbeilor le-au fost prezentate imagini mamografice.
Păsările au învățat să identifice prezența unor grupuri de microcalcificări, mici depozite de calciu care pot reprezenta uneori indicii ale unor modificări patologice.
După antrenament, au obținut rezultate de peste 85% pe imaginile folosite pentru învățare.
Totuși, atunci când au primit imagini noi, performanța a fost mai modestă.
Mai mult, într-un test care presupunea diferențierea unor mase mamare benigne de cele maligne, porumbeii nu au reușit să aplice eficient ceea ce învățaseră la exemple complet noi.
Acest lucru arată că performanța lor depinde foarte mult de tipul imaginii și de dificultatea sarcinii.
Ar putea porumbeii să înlocuiască medicii?
Răspunsul este nu.
Deși experimentul a demonstrat abilități vizuale extraordinare, porumbeii nu pot înlocui medicii radiologi sau anatomopatologi.
Un diagnostic medical presupune mult mai mult decât recunoașterea unor imagini.
Medicii trebuie să analizeze istoricul pacientului, simptomele, rezultatele investigațiilor și numeroase alte informații.
În plus, cercetarea pe porumbei s-a desfășurat în condiții controlate, folosind seturi limitate de imagini.
Scopul experimentului nu a fost introducerea porumbeilor în spitale, ci înțelegerea mecanismelor prin care sunt recunoscute tiparele vizuale complexe.
Aceste descoperiri pot contribui la cercetarea percepției medicale și la evaluarea tehnologiilor de analiză a imaginilor.
Ce legătură există între porumbei și inteligența artificială?
Una dintre cele mai interesante implicații ale studiului privește felul în care învățarea poate transforma informațiile vizuale în decizii.
Atât porumbeii antrenați, cât și unele sisteme de inteligență artificială pot învăța să clasifice imagini pe baza unor exemple.
Desigur, mecanismele biologice și cele informatice sunt foarte diferite.
Totuși, cercetarea comportamentului animalelor poate oferi informații valoroase despre percepție, învățare și recunoașterea tiparelor.
Într-o lume în care inteligența artificială este tot mai prezentă în cercetarea medicală, asemenea experimente ne amintesc că natura a dezvoltat deja sisteme vizuale de o complexitate uimitoare.
Iar uneori, răspunsurile la întrebările științei pot veni din cele mai neașteptate locuri.
O lecție surprinzătoare despre inteligența animalelor
Poate cea mai frumoasă concluzie a acestui experiment nu este legată exclusiv de medicină.
Este legată de felul în care privim animalele din jurul nostru.
Porumbeii sunt adesea considerați păsări banale, lipsite de inteligență deosebită.
Însă cercetările demonstrează că aceste animale pot învăța sarcini vizuale complexe, pot face diferența între categorii de imagini și pot aplica ceea ce au învățat în situații noi.
Nu au nevoie să înțeleagă termenii medicali pentru a identifica anumite tipare relevante.
Au nevoie de un sistem vizual performant, de capacitatea de a învăța și de antrenament.
Poate că inteligența nu ar trebui judecată doar după dimensiunea creierului, ci și după ceea ce un organism este capabil să facă folosindu-l.
Concluzie: natura continuă să ne surprindă
Povestea porumbeilor care au învățat să recunoască imagini asociate cancerului este una dintre acele descoperiri științifice care par aproape imposibile la prima vedere.
Și totuși, experimentul este real, documentat și publicat într-o revistă științifică.
Nu înseamnă că vom vedea porumbei în cabinetele medicale, analizând investigațiile pacienților.
Înseamnă însă că abilitățile cognitive ale animalelor sunt mult mai complexe decât presupunem adesea.
Iar dacă niște păsări pe care le întâlnim zilnic pe stradă pot învăța să recunoască semne ale cancerului în imagini microscopice, cine știe câte alte capacități extraordinare ale naturii așteaptă încă să fie descoperite?
Uneori, cele mai uimitoare descoperiri nu vin din ceea ce construim noi, ci din ceea ce învățăm să observăm în lumea din jurul nostru.
Sursa științifică
Levenson, R. M., Krupinski, E. A., Navarro, V. M. și Wasserman, E. A. (2015).
Pigeons (Columba livia) as Trainable Observers of Pathology and Radiology Breast Cancer Images.
Revista PLOS ONE, 10(11), e0141357.
DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0141357
