Биология

От картины Пикассо к снимку опухоли: заменят ли голуби врачей

«Шнобелевская» диагностика

Пепельный голубь

Как от экспериментов по дрессировке голубей перешли к пределам когнитивных способностей птиц, а затем к диагностике раковых заболеваний, читайте в новом выпуске рубрики «Шнобелевская премия — это серьезно».

Какие ассоциации вызывает у вас словосочетание «картина Клода Моне»? Кто-то вспомнит определенное полотно художника, кто-то — нечто «усредненное», выполненное в стиле импрессионизма, возможно, в нежных пастельных тонах. А что насчет «картины Пабло Пикассо»? Картина в стиле кубизма, с крупными четко очерченными фигурами, возможно — с нагромождением геометрических форм. В любом случае, вряд ли мы перепутаем работы этих двух мастеров, если видели хотя бы по несколько примеров картин того и другого. Как показывают исследования лауреатов Шнобелевской премии 1995 года в номинации «Психология» Сигэру Ватанабэ, Дзюнко Сакамото и Масуми Вакита (Университет Кэйо, Япония), способностью к различению стилей живописи обладают не только люди, но и голуби.

Вы все правильно поняли: лауреаты получили награду за то, что научили группу голубей отличать полотна Моне от картин Пикассо. Целью эксперимента было проверить, способны ли птицы ухватить общие для картин каждого живописца паттерны изображения и обобщить визуальную информацию. Японские ученые были не первыми (и не последними — об этом чуть позже), кто исследовал зрительное восприятие птиц в таким ключе. В 1964 году было доказано: голуби могут определять, есть ли на изображении человек, а в 1978 году — что они могут отличать симметричные фигуры от несимметричных.

В качестве подопытных выступили восемь самых обычных сизых голубей, которых мы привыкли видеть на улицах (авторы ответственно отмечают, что ранее птицы не принимали участия в таких экспериментах). Им демонстрировали картины: по десять работ Моне и Пикассо (например, «Терраса в Сент-Адрессе» и «Пруд с водяными лилиями» Моне, «Авиньонские девицы» и «Чаша с фруктами и гитара» Пикассо), а также работы других художников — Пьера Огюста Ренуара, Анри Матисса, Эжена Делакруа, Поля Сезанна и Жоржа Брака. Ученые хотели понять, смогут ли голуби впоследствии разделить картины на две группы: те, что похожи по стилю на Моне, и те, что напоминают Пикассо.

«Авиньонские девицы»

Пабло Пикассо

Сначала птиц просто учили нажимать клювом на кнопку. На втором этапе голубей разделили на две группы и начали показывать им картины Моне и Пикассо: если птицы первой группы клевали кнопку во время демонстрации работы импрессиониста, им давали еду. Вторая группа получала угощение при реакции на шедевры кубиста. В итоге голуби смогли выбирать «выгодные» им картины в 90% случаев. Что ж, учитывая, что набор полотен был ограничен (по десять произведений каждого художника), можно предположить, что птицы просто механически запомнили нужные изображения, не уловив при этом различий в стиле.

Но дальше задача усложнялась: птицам показывали новые для них работы тех же художников — и они справились. Удалось голубям и верно определить стиль других живописцев: Матисс и Брак отправились в компанию к Пикассо, а Ренуар, Делакруа и Сезанн — к Моне. Но и это еще не все: когда ученые показывали подопытным черно-белые или размытые изображения, голуби все равно справлялись с задачей. Это значит, что птицы, подобно людям, смогли уловить основные черты, характерные для картин каждого стиля. (Правда, с одной задачей голуби все-таки не справились: они не смогли идентифицировать перевернутые вверх ногами картины Моне. В случае с Пикассо переворачивание не помешало — вот и спорь после этого про художественную ценность каждого стиля!) Итак, ученым в полной мере удалось продемонстрировать способность птиц к обобщению информации.

Сигэру Ватанабэ и его коллеги не остановились на достигнутом. В 2001 году они опубликовали еще одно исследование: на этот раз подопытными выступили не только голуби, но и люди. Как и в прошлый раз, группу голубей научили различать картины Винсента Ван Гога и Марка Шагала — птицы справились с новыми для них работами, их черно-белыми и размытыми вариантами, и «прокололись» на более сложной задаче — мозаиках. Ученые разбивали каждую картину на квадраты, и каждый квадрат окрашивался в «средний» для него цвет — этакая «пикселизация» шедевров мировой живописи.

Второй группой подопытных стали четверо студентов, которые выполняли те же задания, что и птицы. Люди показали себя не хуже голубей (ожидаемо), а задача определения авторов «мозаики» у них тоже «просела» (но в целом результат был выше, чем у птиц, — хоть какое-то облегчение). Ватанабэ и его коллеги пришли к выводу, что зрительное восприятие людей и птиц чрезвычайно похоже.

Получается, эта Шнобелевская премия — не просто забавный эксперимент по дрессировке птиц. Другие исследования по той же теме, проведенные за последние несколько десятилетий, показали, что голубей можно научить отличать разные буквы алфавита, разбираться в том, имеет ли таблетка лекарства правильную или неправильную форму, верно идентифицировать предметы, принадлежащие к определенным категориям (кошки, цветы, машины и стулья). Голуби успешно различают и запоминают не только размер и форму предмета, но и его цвет, текстуру, особенности строения. Ученые пока не могут понять, какие именно структуры головного мозга голубей и какие нейронные цепочки задействованы в столь сложных процессах, но одно биологи определить смогли: вовлеченные в распознавание визуальной информации структуры мозга у голубей работают так же, как и у нас с вами.

Учитывая все вводные данные, биологи предположили, что способности голубей могут быть использованы и при распознавании изображений, имеющих отношение к медицине. Группа американских исследователей под руководством Ричарда Левенсона (Медицинский центр Калифорнийского университета в Дэвисе) в 2015 году проверила эту гипотезу и пришла к выводу, что голуби могут составить достойную конкуренцию врачам-онкологам в диагностике заболевания.

Исследователи использовали образцы гистологических исследований тканей груди; маммограммы, на которых были показаны здоровые ткани груди и ткани с отложениями солей кальция; а также снимки доброкачественных и злокачественных опухолей молочной железы. Все изображения брались из архивов медицинских центров, а перед экспериментами показывались врачам-онкологам, которые ставили диагноз, основываясь только на снимках.

Процедура обучения птиц была похожа на «уроки» Ватанабэ. Спустя три дня после начала тренировок на изображениях, полученных в результате гистологических обследований, точность «постановки диагноза» птицами не превышала 50% — то есть обыкновенной случайности. Однако к 15-му дню обучения голуби определяли изображения с опухолями в 85% случаев. В случае с незнакомыми изображениями точность оставалась такой же — это значит, что птицы успешно обобщали полученную информацию. При отборе маммограмм с отложениями солей кальция голуби показали точность, равную 72% на незнакомых изображениях и 84% — на знакомых. На первый взгляд это не слишком много, чтобы сравнивать голубей с врачами, однако профессиональные онкологи смогли верно определить присутствие микрокальцинатов лишь на 70% снимков. Справедливости ради нужно отметить, что отсутствие отложений солей кальция врачи правильно диагностировали в 97% случаев. Последнее испытание, в ходе которого нужно было отличить доброкачественное образование от злокачественного, голуби провалили: хотя обучение длилось 80 дней (а не три-четыре недели, как остальные тренировки), точность постановки диагноза не превысила 44–50%. Такой же результат можно получить подбрасыванием монетки.

Однако самым поразительным достижением ученые называют то, что коллективную диагностику (когда одно и то же изображение гистологического обследования показывалось четырем птицам) голуби проводили с точностью 99% — наравне с врачами и лучше компьютеров, которые выполняли ту же задачу.

Это исследование было не единственным, когда голуби работали с медицинскими снимками. Так, в 2020 году были опубликованы результаты «голубиной диагностики» гиперфузии миокарда левого желудочка сердца — несложно догадаться, что птицам вновь удалось научиться довольно точно отделять изображения здорового сердца от снимков с патологиями.

Впрочем, несмотря на все успехи наших крылатых братьев, не стоит думать, что в скором времени на плече каждого онколога будет сидеть сизый голубь. «Эти исследования серьезны и амбициозны, — говорит Альдо Бадано, врач и сотрудник Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов. — Тем не менее, как и люди, птицы ошибаются, если показать им изображения с измененными цветами или худшего качества. Как и люди, птицы могут ставить ложноположительный диагноз. И, конечно, птицы не принимают во внимание контекст — историю болезни, предыдущее лечение, — то есть то, что люди всегда учитывают. Так что здесь требуется еще очень много работы». Доктор Ричард Левенсон, руководитель исследования 2015 года, также скептичен насчет будущей медицинской карьеры голубей: «Я думаю, что в какой-то момент компьютеры все-таки покажут лучшие результаты», — комментирует он.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Подписывайтесь на Indicator.Ru в соцсетях: Facebook, ВКонтакте, Twitter, Telegram, Одноклассники.