研究发现鸽子非常善于区分癌症和正常乳腺组织

根据爱荷华大学和加州大学戴维斯分校的最新研究，如果鸽子去医学院并专攻病理学或放射学，那么他们就能很好地区分数字显微镜载玻片和乳腺癌组织的正常乳房X线照片。 。研究人员发现，通过一些训练和选择性食物强化，鸽子在人类乳腺组织的数字化幻灯片和乳房X线照片分类方面表现与人类一样好。鸽子能够概括他们学到的东西，因此当研究人员向他们展示一套全新的正常和癌症数字化幻灯片时，他们就能正确识别它们。与人类一样，它们的准确性受到图像中颜色的存在或不存在以及图像压缩程度的适度影响。。研究人员在周三在线发表的论文中指出，这些鸽子还学会了在乳房X线照片上正确识别癌症相关的微钙化，但他们在乳房X线照片上对可疑肿块进行了更为艰难的分类 - 即使是熟练的人类观察者也认为这项任务很困难。期刊PLOS ONE。

“这些结果对于建立人类与动物亲属之间的深刻联系有很大帮助，”UI与研究合着者心理与脑科学教授Edward Wasserman说。“即使是远亲 - 像人和鸽子一样 - 善于感知和分类病理学和放射学图像中呈现的复杂视觉模式，这无疑是大自然没有专门为我们准备的任务。”

鸽子的成功和困难为医生如何处理幻灯片和X射线上的视觉线索以诊断和分类疾病风险提供了一个窗口。这项工作还表明，鸽子在区分复杂视觉图像方面的卓越能力可以作为训练有素的医学图像观察者得到很好的利用，以帮助研究人员探索图像质量以及颜色，对比度，亮度和图像压缩伪像对诊断性能的影响。 。

优秀的学习者

虽然鸽子的大脑并不比食指的尖端大，但事实证明，所涉及的神经通路，包括基底神经节和皮质 - 纹状体突触，其运作方式与人脑中的工作非常相似。

根据Wasserman的说法，普通鸽子(Columba livia)具有极大的能力来区分和分类各种物体和图像。

“过去50年的研究表明，鸽子可以区分人脸上的身份和情感表达，字母表中的字母，畸形的药物胶囊，甚至莫奈与毕加索的绘画，”瓦瑟曼说。“他们的视觉记忆同样令人印象深刻，已经有超过1,800张图像的回忆。”

当研究合着者加州大学戴维斯分校的理查德莱文森了解到沃瑟曼早期关于鸽子和人的视觉短期记忆能力的研究时，合作开始了。列文森想知道鸽子在病理幻灯片上的表现如何。鸽子特别擅长辨别乳腺癌

在这项研究中，每只鸽子都学会了使用传统的“操作性条件”来区分癌症和非癌症图像和幻灯片，这种技术只有在做出正确的选择时才能获得奖励。错误的选择没有得到奖励，并提示校正试验。使用染色病理学载玻片进行的培训包括来自加州大学戴维斯分校医疗中心常规病例的大量良性和癌性样本。

例如，一些鸟类首先学会在低放大倍数(4X)下识别全色的良性或恶性样品，然后进展到中等(10X)和高(20X)放大倍数。他们还使用单色样本进行测试，以消除颜色和亮度作为潜在线索，以及具有不同图像压缩水平的样本，这是一种通常用于减小数字数据集大小的过程。为了排除鸟类在测试中依赖死记硬背的可能性，提出了全新的样本并且无论鸽子是否做出正确的选择，都会分配食物。事实上，这些鸽子在以前从未出现过的图像上表现得非常好，这表明他们在极其狭隘的意义上学会了病理学。

加州大学戴维斯分校病理学和实验室医学教授Levenson说：“这些鸟类非常擅长区分所有放大镜下的良性和恶性乳腺癌切片，这项任务可能会困扰缺乏经验的人类观察者，他们通常需要大量的训练才能获得掌握。”健康系统。“在第13天到第15天，从低放大率训练第一天开始，鸽子的准确度从正确的50%提高到接近85%。”

已经对鸽子进行了40多年的研究的沃瑟曼发现，这些鸽子特别擅长于辨别病理学的幻灯片。

“在本研究中，鸽子学会了如何快速区分良性和癌症载玻片，就像我们在实验室对鸽子进行的任何其他研究一样，”Wasserman说。“事实上，当我们向一组四只鸟展示一组未压缩的图像时，这种方法被称为'鸡群采购'，该组的准确度达到惊人的99%正确率，高于四种单独鸟类中的任何一种。 “。

乳房X线照片的密度是鸽子面临的挑战

对于乳房X线照片研究，对鸟类进行训练以检测有和没有微钙化的图像，并使用类似的过程区分乳房肿块中恶性肿瘤的存在。对于经过训练的微钙化图像，它们的准确度平均为84%，新图像的准确率为72% - 与同样需要复查的人类放射科医师和放射科居民相比，其表现水平相当。

然而，这些鸟很难评估在乳房X线照片上检测到的乳房肿块(没有微钙化)的恶性潜能，作者承认这项任务“非常具有挑战性”。当观察本研究中使用的相对微妙的肿块的图像时，人类放射科医师实现了约80%的准确率。但是，鸽子需要花费数周时间而不是需要掌握组织病理学任务的日子 - 学习在乳房X线照片训练集中对乳房肿块进行分类。更引人注目的是，在训练阶段之后，当它们最终被展示出新颖的，以前看不见的图像时，这些鸟完全没有表现出比机会更好的水平。

“这些数据表明，这些鸟只是记忆训练集中的群众，并且从未学过如何键入星状边缘以及与恶性肿瘤相关的病变的其他特征，”Levenson说。“但是，由于这项任务反映了人类所面临的困难，它表明了鸽子如何忠实地模仿人类在查看医学图像方面的优势和劣势。”

鸽子作为人类代理人?

经过多年的教育和培训，医生有时可能会对显微镜载玻片和乳房X线照片的解释感到困惑。Levenson是一位研究人工智能以进行图像分析和其他生物学和医学应用的病理学家，他认为这个过程有很大的空间。

“虽然新技术不断被设计用于增强图像采集，处理和显示，但这些潜在的进步需要通过训练有素的观察者来验证质量和可靠性，”Levenson说。“这是一个困难，耗时且昂贵的过程，需要招募临床医生作为这些相对平凡的任务的主题。

“鸽子对医学图像中诊断显着特征的敏感性表明，他们可以对生产，操作和查看这些诊断上至关重要的工具的许多变量提供可靠的反馈，并可以帮助研究人员和工程师继续创新。”