Доктор AI-болит. 5 примеров, как искусственный интеллект заботится о здоровье человека

Пока режиссеры фантастических фильмов пугают человечество восстанием поумневших компьютеров, исследователи со всего мира успешно обучают их служить людям: водить автомобили, предсказывать стихийные бедствия и лечить болезни. Конечно, речь идет не о машинах с сознанием, а о нейронных сетях – математических моделях, имитирующих структуру нейронных связей в головном мозге человека.

• ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ: Целебные инновации. 7 прорывов, которые приведут медицину в будущее

В США искусственный интеллект уже успешно внедряется в сферу здравоохранения, которой, согласно прогнозам, он поможет экономить до $150 млрд в год к 2026-му. Еще в прошлом году здесь был одобрен для выпуска на рынок первый диагностический алгоритм. И это отнюдь не единственное направление, над которым работают американские ученые и их коллеги из других стран, стремясь поставить ИИ на стражу здоровья человека.

Зреть в корень

Диабетическая ретинопатия – одно из самых тяжелых осложнений сахарного диабета. Высокий уровень сахара в крови вызывает повреждение кровеносных сосудов сетчатки, что чревато серьезным ухудшением зрения, вплоть до полной его потери. Данное заболевание является угрозой для более чем 400 миллионов людей по всему миру.

Увы, его диагностирование не всегда происходит своевременно. На ранней стадии болезнь протекает почти бессимптомно, и пациенты не обращаются за помощью. Поэтому офтальмолог из Университета здравоохранения штата Айова Майкл Абрамов разработал нейросеть под названием IDx-DR, предназначенную для диагностики диабетической ретинопатии.

Она тренировалась на десятках тысяч фотографий сетчатки, пока не научилась по рисунку кровеносных сосудов выявлять признаки заболевания. После того как клинические исследования подтвердили высокую точность диагностики (около 96%), IDx-DR получила одобрение FDA.

Уникальность инструмента в том, что примерно за 4 часа его может освоить любой человек с медицинским образованием, даже не специализирующийся на офтальмологии. Сам процесс диагностики занимает всего несколько минут.

Пока IDx-DR используют только в Университете здравоохранения штата Айова, но Абрамов уверен, что скоро ИИ появится и в других медицинских учреждениях. Сейчас ученый работает над адаптацией программы для диагностики других глазных болезней, таких как глаукома и возрастная макулярная дегенерация. Клинические испытания запланированы на следующий год. По словам Абрамова, возможности IDx не ограничиваются офтальмологией: в будущем программу можно будет использовать даже для выявления болезни Альцгеймера.

Спасение ex machina

В некоторых случаях искусственный интеллект может сохранить пациенту не только зрение, но и саму жизнь. По крайней мере, в это верят исследователи из Google, IBM и других компаний и учреждений, разрабатывающих ИИ-алгоритмы для диагностики различных видов рака на ранней стадии, когда шансы на излечение наиболее высоки.

Одна из последних разработок принадлежит ученым из Массачусетского технологического института (MIT). Созданная ими нейросеть выявляет повышенную плотность молочной железы – это одна из предпосылок развития рака груди.

Разработка исследователей Массачусетского технологического института определяет плотность молочной железы на 13% точнее, чем человек – MIT

Молочная железа состоит из соединительной, жировой и эпителиальной тканей. Чем больше соединительной ткани, тем плотнее грудь и выше риск развития новообразований, в том числе и злокачественных. Плотную ткань имеют около 40% женщин. Это значит, что им необходимо проходить скрининг как можно чаще. При этом универсальной технологии определения плотности груди до недавнего времени не существовало: врачи могли делать только субъективные выводы на основе осмотра, УЗИ и маммограммы. Ситуация изменилась благодаря развитию искусственного интеллекта.

Как и алгоритм для диагностики ретинопатии, разработанная MIT нейросеть объединяет возможности компьютерного зрения с большими данными. Проанализировав десятки тысяч цифровых маммограмм, она научилась с точностью до 90% определять плотность молочной железы. Для сравнения, опытные врачи-рентгенологи делают это с точностью 77%. По словам разработчиков, через несколько лет программу можно будет использовать в больницах в качестве дополнительного инструмента диагностики.

Оживляя фантомы

Искусственный интеллект может не только диагностировать заболевания, но и облегчить жизнь людей с инвалидностью, например, с ампутированными конечностями. Так, специалисты из Национального центра научных исследований Франции и Университета Экс-Марсель разработали первые протезы, которые управляются фантомными ощущениями.

Из всех пациентов, которые перенесли ампутацию, 75 % периодически чувствуют, как будто удаленная конечность на месте и даже может двигаться. Этот малоизученный феномен, как правило, связывают с активностью поврежденных нервных окончаний. Часто воображаемая конечность дает о себе знать в виде острой боли, поэтому большинство исследований посвящены полному блокированию фантомных ощущений. Но в некоторых случаях пациенты испытывают только психологический дискомфорт – и для них "умный" протез подойдет идеально.

Большинство исследований посвящены блокированию фантомных ощущений, но если они доставляют человеку лишь психологический дискомфорт, ему может подойти "умный" протез – N. Jarrassé 2018

Его работа основана на компьютерном алгоритме, способном распознать мышечную активность в культе, которой сопровождаются фантомные ощущения, и перекодировать ее в команды для бионической руки.

Во время испытаний два пациента с ампутированными руками за несколько минут научились управлять своими протезами: сжимать кулаки, загибать пальцы и выполнять другие простые действия. Разработчики воодушевлены первыми успехами и готовятся провести более масштабные тестирования.

Почти телепатия

Отдельная многообещающая область искусственного интеллекта – разработка систем "мозг-компьютер", основанных на расшифровке мозговых сигналов. Илон Маск даже создал для этого отдельный стартап Neuralink и скоро, по слухам, похвастается результатами двухлетних исследований.

Тем временем ученые из Калифорнийского университета в Сан-Франциско уже представили алгоритм, который умеет переводить мозговые импульсы людей в разборчивую речь. В исследовании участвовали пятеро пациентов с эпилепсией, которым перед операцией имплантировали в мозг электроды для определения областей поражения.

• ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ: Хобби ex machina. 5 самых необычных применений искусственного интеллекта

Пока участники начитывали вслух сотни фраз, нейросеть сопоставляла сигналы мозга с движениями речевого аппарата, такими как сжатие губ, напряжение голосовых связок, смещение кончика языка к небу. Со временем программа научилась озвучивать слова, которые были не произнесены вслух, а только проговорены мысленно.

В перспективе такая технология поможет создать синтезаторы речи для людей, потерявших голос из-за паралича, рака горла или болезни Паркинсона. Ученые подчеркивают, что программа читает не все мысли подряд, а только те, которые человек четко и уверенно проговаривает в уме. Таким образом, пациентам не стоит опасаться, что программа случайно разболтает их секреты.

Не навредИИ

Искусственный интеллект может быть не только основной, но и вспомогательной технологией, позволяющей улучшать передовые методы лечения, такие как геномное редактирование CRISPR.

Недавно на весь мир прогремел скандал с китайским биофизиком, который отредактировал геномы двух девочек-близняшек, якобы сделав их устойчивыми к заражению ВИЧ. Научное сообщество назвало эксперимент неэтичным и опасным: последствия такого вмешательства еще изучены слишком мало, чтобы тестировать его на детях. Ученые из разных стран призвали ввести пятилетний мораторий на изменение человеческих генов в жизнеспособных эмбрионах, пока не появится механизм, позволяющий достоверно оценить все риски. Исследователи из Массачусетского технологического института и Гарвардского университета считают, что задачу может выполнить искусственный интеллект.

Если говорить упрощенно, CRISPR/Cas9 – это "молекулярные ножницы", которые позволяют генетикам точечно вырезать и изменять участки ДНК любых организмов прямо в живых клетках. Однако последствия таких действий непредсказуемы. Дело в том, что в геноме человека заложен естественный механизм автокоррекции – когда целостность спирали ДНК каким-либо способом нарушается, он склеивает ее обратно. Результатом такого "ремонта" может стать опасная мутация: как автозамена в смартфоне порой исправляет незнакомое ей слово на неподходящее, так и геномный редактор может вставить в место разрыва абсолютно неудачный фрагмент ДНК.

Новый ИИ-алгоритм inDelphi, по словам разработчиков, впервые позволяет с высокой точностью предсказать, как клетки отреагируют на вызванные CRISPR/Cas9 разрывы ДНК. Технологию уже успешно протестировали in vitro на человеческих клетках, взятых у пациентов с редкими генетическими нарушениями.

Вероятно, пройдут годы, прежде чем inDelphi в сочетании с CRISPR/Cas9 начнут применять в клинической медицине. Однако уже сейчас генетики со всего мира могут использовать этот алгоритм в своих исследованиях.

• ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ: Игра в Бога. 10 границ, которые перешел китайский создатель генно-модифицированных детей

Как видно, внедрение искусственного интеллекта в медицинскую сферу может повысить качество диагностирования заболеваний и стимулировать развитие перспективных технологий. Но что ждет в таком будущем врачей-людей? По мнению американского кардиолога, генетика и исследователя цифровой медицины Эрика Джеффри Топола, им пока рано переживать за свои халаты. Он полагает, что внедрение ИИ-технологий, как ни парадоксально, сделает сферу здравоохранения более человечной. Доктора, получившие в помощники высокоточные алгоритмы, смогут больше внимания уделять профессиональному развитию и общению с пациентами. "Новые технологии могут, наконец, привнести в здравоохранение то, чего данная сфера была лишена на протяжении десятилетий: истинную заботу о пациентах", – говорит Топол.