科學家利用AI檢測山羊的疼痛——並試著幫助人類
如果在醫院裡，有位病患正處於疼痛中，面露痛苦表情，幾乎無法動彈。而現在，將這位病患想像成一隻山羊。在佛羅里達大學，科學家們正教導人工智慧（AI）辨識動物的疼痛，從山羊開始。目標是什麼？不僅是改善動物照護，還希望未來能幫助像小孩這樣的非語言患者。
這趟旅程始於一隻患有膀胱結石的山羊，這隻山羊的疼痛激發了佛羅里達大學獸醫學院麻醉學臨床副教授露朵薇卡·齊亞瓦奇尼（Dr. Ludovica Chiavaccini）思考更深遠的可能性。在治療這隻山羊的過程中，齊亞瓦奇尼和她的團隊看到了解決動物照護中一個關鍵問題的機會：如何在患者無法說話的情況下有效地測量疼痛。
歷史上，評估動物的疼痛既困難又主觀。獸醫通常依賴經驗，觀察跛行或行為改變等跡象。儘管近年來已經出現一些針對不同動物的標準化疼痛評估工具，但這些工具往往針對特定物種，且並不總是可靠。當齊亞瓦奇尼和她的團隊開始研究時，甚至沒有一個完整的山羊疼痛評估工具——只有一個適用於進行閹割的公山羊。
這種缺乏可靠工具的情況促使研究人員轉向 AI。團隊拍攝了山羊在不同狀態下的影片——有些在痛苦中，有些則很放鬆——並利用這些影片來訓練 AI 模型。這個 AI 透過分析山羊的面部表情來學習辨識疼痛。研究結果最近發表在《科學報告》（Scientific Reports）上，顯示這個模型能以 62-80% 的準確率辨識出山羊是否處於疼痛狀態，具體準確度取決於資料的測試方式。雖然還不是完美，但已經是一個很好的起點。
辨識疼痛準確率高達62~80%
該 AI 使用了一種類型的人工神經網路，稱為卷積神經網路（Convolutional Neural Network,CNN），擅長分析視覺資料。研究團隊使用了兩種不同的方法來訓練它：一種是自定義卷積基底，另一種則是調整後的預訓練 VGG-16 模型。這兩種模型均顯示出有潛力的結果，但系統仍需要更多的數據來進一步改進。
如果進一步發展，這項 AI 工具可能會產生重大影響——不僅對動物福利有幫助，對農業生產力也有影響。「處於疼痛中的動物不會增加體重，生產力也會下降。」齊亞瓦奇尼解釋道。「農民越來越意識到控制急性和慢性疼痛的必要性。」除了農業之外，這項技術在獸醫診所也有應用潛力，快速且客觀的疼痛評估可改善治療效果。
最終，這項研究不僅僅是關於山羊。研究人員的希望是，通過解決動物的疼痛評估問題，這項技術有朝一日能幫助人類——特別是像嬰兒或某些殘疾患者這樣的非語言患者。「如果我們能解決動物的問題，我們也能解決孩子和其他非語言患者的問題。」齊亞瓦奇尼表示。
開發 AI 驅動的疼痛評估工具的旅程仍處於早期階段，但充滿了令人興奮的可能性。隨著更多的研究，這個 AI 不僅有望徹底改變動物的醫療保健，還能提供一種有同情心的工具來幫助我們中最脆弱的群體。目前，佛羅里達大學的山羊正在這一科學努力中扮演著重要的角色，這些努力有一天可能讓我們所有人感受到更少的疼痛。
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首圖來源：Pixabay/CC0 Public Domain(CC BY 4.0)
圖片來源：Scientific Reports (2024) (CC BY 4.0)
參考論文：
Automated acute pain prediction in domestic goats using deep learning-based models on video-recordings《Scientific Reports》
延伸閱讀：
1、【獸誌揭秘】山羊能從人類聲音辨別情緒