- Прошлое и будущее
- Доктор Watson
- Сверхэффективные лекарства
- Диагностика болезней
- Мобильный ИИ
- Будущее будущего
Применение искусственного интеллекта в медицине уже сегодня позволяет серьезно повысить точность диагностики, облегчить жизнь пациентам с различными заболеваниями, а с развитием технологий сделает реальным появление сверхэффективных персональных лекарств, а также персонального медицинского ассистента в каждом смартфоне. MedAboutMe рассказывает о последних разработках в области искусственного интеллекта (ИИ) и медицины.
Прошлое и будущее
В начале 21 века одной из самых ярких разработок стал совместный проект Вашингтонского университета, Intel и компании Elite Care по проектированию системы искусственного интеллекта, которая могла бы заботиться о пациентах, страдающих болезнью Альцгеймера и повышать качество их жизни. Данная система поможет больным восстанавливать необходимые навыки для решения повседневных задач. В 2002 году было объявлено, что на подготовку всех необходимых устройств понадобится минимум пять лет.
Сейчас разработчики уже подготовили три девайса, которые в настоящее время тестируются студентами Университета: это Activity Compass, ADL Monitor и ADL Prompter, каждый из которых выполняет определенные функции для значимой помощи больным. Так, Activity Compass поможет сориентироваться в пространстве и найти дорогу до пункта назначения, даже если больной забыл, куда ему нужно прийти. Для этого Compass должен знать абсолютно все о том, что делает пациент и каким образом он достигает своих целей. Датчик повседневной активности ADL Monitor следит за пациентом и отмечает ненормальное поведение, но для этого система должна предварительно изучить «нормальное» поведение пациента. Наконец, ADL Prompter поможет выполнить сложные задачи на кухне, такие как приготовление еды.
Однако с 2002 года технологии сделали большой шаг вперед, а к программам внедрения искусственного интеллекта в медицину подключились и IT-гиганты, и целые государства. Сегодня ученые надеются, что с помощью искусственного интеллекта уже в ближайшем будущем возможно будет прийти к сверхточной (или прецизионной) медицине, в рамках которой появится возможность назначать индивидуальное лечение каждому отдельному человеку, учитывая его уникальные генетические и другие особенности.
В США уже объявили о запуске пилотных проектов по развитию прецизионной медицины. Так, к 2019 году должны быть отобраны 1 млн добровольцев, которые станут участниками специального научного исследования. Оно должно показать взаимосвязь между образом жизни, окружающей средой, экономическим и социальным статусрм, генетикой и состоянием здоровья. Полученный таким образом огромный массив медицинских данных можно будет обработать с помощью ИИ. Еще до недавнего времени не было ни достаточно мощных компьютеров, способных обработать такое количество информации, ни, собственно, самих данных. В ближайшие 4 года США планирует потратить на исследование $1 млрд.
Доктор Watson
Технологические гиганты типа Google, Amazon, Microsoft и Apple инвестируют огромные суммы в развитие искусственного интеллекта для создания персонализированных систем поиска или виртуального персонального ассистента. Но, если говорить о медицине, то самый главный игрок и поставщик новостей на этом рынке — компания IBM и ее знаменитый суперкомпьютер Watson. Только для его обучения IBM в прошлом году приобрела 30 млрд медицинских снимков, поглотив компанию Merge Healthcare за $1 млрд. К процессу обучения могут добавиться 50 млн анонимных электронных медицинских карт, которые IBM получила в свое распоряжение, также купив стартап Explorys.
Американская кардиологическая ассоциация уже объявила о проекте с участием IBM Watson, целью которого будет модернизация лечения сердечно-сосудистых заболеваний. Суперкомпьютер проанализирует оптимальные способы лечения с помощью программы Workplace Health. А врачи Boston Children’s Hospital, занимающиеся редкими детскими болезнями, используют IBM Watson, чтобы ставить более точные диагнозы: искусственный интеллект будет искать необходимую информацию в клинических базах данных и научных журналах, которые хранятся в медицинском облаке Watson Health Cloud.
В частности, суперкомпьютер будет использоваться для диагностирования и лечения заболеваний почек. Для этого IBM Watson придется пройти ускоренный курс нефрологии. А в 2014 году IBM объявила о сотрудничестве с Johnson & Johnson и фармацевтической компанией Sanofi для работы над обучением Watson пониманию результатов научных исследований и клинических испытаний. По утверждению представителей компании, это позволит существенно сократить время клинических испытаний новых лекарств, а врачи смогут давать лекарства, наиболее подходящие конкретному пациенту. Таким образом, на базе постоянно развивающегося ИИ IBM предлагает несколько революционных медицинских проектов.
Инновации коснулись и сферы радиолучевой компьютерной диагностики, которая играет в медицине значимую роль. Так, в том же 2014 году IBM объявила о разработке программного обеспечения Avicenna, способного интерпретировать и текст, и изображения. Для каждого типа данных используются отдельные алгоритмы. Так что в итоге Avicenna сможет понимать медицинские снимки и записи, и будет выполнять функции ассистента радиолога. В 2016 году ПО планируется наконец-то протестировать в реальных условиях.
Над похожей задачей работает и другой проект IBM — Medical Sieve. В данном случае речь идет о развитии искусственного интеллекта «медицинского ассистента», который сможет быстро анализировать сотни снимков на предмет отклонения от нормы. Это поможет радиологам и кардиологам заняться теми вопросами, в которых искусственный интеллект пока бессилен.
Сверхэффективные лекарства
ИИ придет на помощь биофармацевтике, серьезно оптимизируя процессы создания и внедрения новых лекарственных средств. По данным биофармацевтической компании Berg, в среднем исследование одного лекарства занимает 14 лет и стоит $2,6 млрд. Такие временные и финансовые затраты заставляли фармацевтические компании быть избирательными в разработке препаратов. Однако с помощью ИИ можно существенно сократить и время, и стоимость испытаний, а значит в будущем появится возможность разрабатывать лекарства для болезней, которые не были должным образом охвачены исследованиями.
Например, Berg уже использует в своих исследованиях ИИ, учитывая всевозможные данные о пациентах, в том числе напрямую не связанные с медициной. В компании заверяют, что такой подход позволил уже выделить 25 новых целей для лечения, а затраты на сами клинические испытания сократятся как минимум вдвое. Главное же, все-таки, не сокращение затрат, а то, что препараты становятся намного эффективней.
С помощью другой системы искусственного интеллекта, Emergent, исследователям удалось выявить пять новых биомаркеров, на которые могут быть нацелены новые лекарства при лечении глаукомы. По словам ученых, для этого в систему ИИ вводится информация о более чем 600 тыс. специфических последовательностей ДНК 2,3 тыс. пациентов и данные о генных взаимодействиях.
Ученые из Университета Западного Онтарио уверены, что искусственный интеллект — мощный инструмент для прогнозирования результатов использования лекарственных препаратов, поскольку ИИ анализирует все взаимодействующие элементы в процессе лечения. В частности, в результате исследования было предсказано, какие конкретно пациенты с диагнозом рака молочной железы почувствуют улучшение после химиотерапии с применением паклитаксела.
Диагностика болезней
Ожидается, что ИИ станет незаменим при диагностике и уточнении заболеваний. Благодаря способности сопоставлять данные, собирать и синтезировать информацию, участие ИИ в диагностике поможет качественно улучшить статистику врачебных ошибок и повысить роль профилактики и предотвращения заболеваний путем технологического наблюдения за пациентом. Компании, которые стремятся решить подобные задачи, привлекают серьезное внимание инвесторов.
Так, израильская компания MedyMatch Technology, в штате которой насчитывается всего 20 человек, в феврале 2016 года привлекла $2 млн. Инвесторами стали фонды Genesis Capital Advisors и Exigent Alternative Capital. Благодаря новой технологии стартапа, использующей ИИ в сочетании с Big Data, врачи смогут точнее диагностировать инсульт: в режиме реального времени система MedyMatch сравнивает снимок мозга пациента с сотнями тысяч других снимков, которые есть в ее «облаке».
Известно, что инсульт может быть вызван двумя причинами: кровоизлиянием в головной мозг и тромбом. Соответственно, каждый из этих случаев требует разного подхода в лечении. Однако, по статистике, несмотря на улучшение в области КТ, количество ошибок при постановке диагноза за последние 30 лет не изменилось и составляет приблизительно 30%. То есть, почти в каждом третьем случае врач назначает пациенту неверное лечение, что приводит к печальным последствиям.
Американская Ассоциация Сердца совместно с Американской Ассоциацией Инсульта посчитали, что к 2030 году в США ежегодно будет насчитываться 3,4 млн жертв инсульта, что обойдется национальному здравоохранению в $240 млрд. Более того, 42% от этой суммы, то есть приблизительно $183 млрд приходится на ежегодные прямые и косвенные медицинские расходы по уходу за больными инсультом. Система MedyMatch способна отследить мельчайшие отклонения от нормы, которые не всегда способен заметить специалист, таким образом сводя вероятность ошибки к минимуму.
Мобильный ИИ
Искусственный интеллект в смартфоне позволит сделать доступной медицину будущего для всех: у любого пользователя мобильным телефоном будет персональный медицинский ассистент, способный в режиме реального времени решать задачи, связанные со здоровьем конкретного человека.
До недавнего времени не было технологий необходимого уровня, однако ученые, похоже, на пороге решения и этой проблемы. В первую очередь, речь идет о новом микропроцессоре Eyeriss для мобильных телефонов, которые разработали в Массачусетском Технологическом Институте (MIT). Процессор создан по принципу нейронных сетей, потребляет намного меньше энергии, чем стандартные процессоры, и в десять раз мощнее их. Таким образом, смартфон с Eyeriss сможет в автономном режиме, то есть без подключения к интернету, использовать возможности искусственного интеллекта, что значительно ускорит работу специальных приложений. Правда, до производства новинки в промышленных масштабах еще далеко.
Пока же возможным прототипом будущего персонального медицинского ассистента с системой ИИ является мобильное приложение британской компании Your.MD. Запуск бета-версии разработки произошел в ноябре 2015 года. Мобильное приложение использует технологии ИИ, машинного обучения и обработки естественного языка. Это позволяет пользователю просто сказать, к примеру, «У меня болит голова», а потом спросить смартфон о последующих действиях и получить экспертный совет.
Приложение, по уверениям разработчиков, становится «умнее», если им пользоваться чаще. Система искусственного интеллекта Your.MD подключается к самой большой в мире карте симптомов, созданной все той же Your.MD: в ней учтено 1,4 млн симптомов, на идентификацию которых потребовалось более 350 тыс. часов. Каждый симптом был проверен специалистом британской системы здравоохранения. Искусственный интеллект выбирает наиболее подходящий симптом, основываясь на уникальном профиле владельца смартфона.
Появляются на рынке и приложения, решающие более прикладные задачи. Так, американский стартап AiCure использует ИИ для подтверждения приема лекарств пациентом: специальное мобильное приложение с помощью камеры смартфона в режиме реального времени позволяет проконтролировать процесс. Стартап привлек инвестиции в размере $12,5 млн.
Другая компания, Medtronic, разрабатывает приложение, способное предсказать критическое снижение уровня сахара за три часа до события. Для этого Medtronic совместно с IBM используют технологии когнитивной аналитики к данным глюкометров и инсулиновых помп от 600 анонимных пациентов. С помощью приложения люди смогут лучше понимать влияние ежедневной активности на диабет. Контролировать течение болезни пациенты смогут с помощью IBM Watson и носимых медицинских устройств Medtronic — инсулиновых помп и систем непрерывного мониторинга уровня сахара.
В рамках еще одного интересного проекта IBM, на этот раз совместного с диагностической компанией Pathway Genomics, создано приложение OME, объединяющее когнитивную и прецизионную медицину с генетикой. Цель приложения — предоставить пользователям персонализированную информацию для повышения качества жизни. Первая версия приложения включает в себя рекомендации по диете и упражнениям, сведения по метаболизму, которые зависят от генетических данных пользователя, карту с привычками пользователя и информацией о его состоянии здоровья. В будущем должны добавиться электронные медицинские карты, информация о страховке и другие дополнительные сведения.
Будущее будущего
По прогнозу исследовательской компании Research and Markets, мировой рынок искусственного интеллекта к 2020 году вырастет до $5,05 млрд (в 2014 году он составлял всего $419,7 млн). При этом наиболее быстрорастущим сегментом станет как раз здравоохранение в связи с ростом спроса на клинические испытания, моделирование лечения, а также новые исследования и решения.
Правда, пока неизвестно, когда искусственный интеллект станет достаточно хорош, чтобы давать на 100% точные рекомендации врачам о наилучшем способе лечения. Однако значительно облегчить работу медицинским работникам, повысить точность диагностики и помочь пациентам в решении повседневных задач ИИ способен уже сейчас.
