Материал представляет собой перевод статьи, подготовленный в рамках работы студенческого переводческого бюро Тольяттинского государственного университета.

Искусственный интеллект (ИИ) помогает нам совершенствовать методы выявления и лечения рака, но решающую роль по-прежнему играют врачи.

Источник: freepik.com

По оценкам, в прошлом году в США от рака умерло 610 000 человек. Та или иная форма рака была диагностирована ещё по меньшей мере у двух миллионов человек.

Выявление рака на ранней стадии остаётся одним из важнейших факторов, которые определяют риск летального исхода, и, к счастью, достижения в области медицины могут помочь как можно раньше устанавливать данный диагноз. Исследователи и учёные-медики полагают, что модели искусственного интеллекта могли бы сыграть ключевую роль в процессе выявления рака на ранних стадиях. Хотя ИИ по-прежнему не может заменить врача и его компетенции или даже поставить точный медицинский диагноз, он может послужить важным инструментом для повышения эффективности работы медиков.

Способность ИИ анализировать огромные массивы данных и выстраивать закономерности может сделать его подходящим инструментом для обнаружения патологий на снимках органов и тканей и для выявления раковых клеток до того, как они начнут давать метастазы. В исследовании, опубликованном в научном журнале Nature учёными из Колумбийского университета, описана новая медицинская модель искусственного интеллекта, которая, по словам авторов, может точно предсказывать активность генов на клеточном уровне. Рак в первую очередь возникает именно из-за генных мутаций, и теоретически за счёт такого уровня детализации исследователи смогут лучше их изучить.

– Способность точно предсказывать клеточную активность изменила бы наше понимание фундаментальных биологических процессов, – заявил основной автор статьи профессор Колумбийского университета Рауль Рабадан. – Это превратило бы биологию из науки, описывающей, казалось бы, случайные процессы, в науку, способную предсказывать процессы основных систем, которые управляют поведением клеток.

На сегодняшний день врачи уже используют ИИ для выявления опухолей и ускорения постановки диагноза. Учёные и фармацевтические компании также в той или иной степени используют технологии ИИ для создания новых противораковых препаратов. И хотя ИИ в ближайшее время почти наверняка не заменит квалифицированных онкологов, всё говорит о том, что в скором будущем модели ИИ будут играть всё более важную роль в борьбе с раком, начиная с выявления болезни на самых ранних стадиях и заканчивая лечением на поздних стадиях.

ИИ даёт исследователям представление о том, как возникает рак на клеточном уровне

В настоящее время исследователи из Колумбийского университета занимаются разработкой модели ИИ под названием GET (англ. general expression transformer), способной предсказывать активность генов. По их словам, модель была обучена с помощью изображений 1,3 миллиона человеческих клеток. Процесс обучения – ввод большого количества данных о повреждённых и здоровых генах – в принципе аналогичен тому, как большая языковая модель ChatGPT, созданная компанией OpenAI, вбирает в себя обширный корпус письменной информации из интернета.

Как только медицинская модель ИИ изучит «элементарные составляющие большого количества различных клеточных состояний», отмечает Рауль Рабадан, её можно будет нацелить на выявление закономерностей на основе этой информации. Протестировав модель, исследователи заявили, что она способна прогнозировать проявления определённых генов в типах клеток, которые ей ранее не показывали.

– С помощью этих методов можно эффективно проводить крупномасштабные вычислительные эксперименты, ускоряя и развивая традиционные экспериментальные подходы, – добавил Рауль Рабадан.

За несколько месяцев до публикации статьи Рабадана и его коллег в том же журнале были размещены результаты работы учёных из Медицинской школы Гарварда, которые дали описание ещё одного ИИ-инструмента, предназначенного для выявления рака. Исследователи обучили модель ИИ находить признаки 19 различных типов опухолей после анализа медицинских снимков пациентов. Сообщается, что модель может выявлять рак и давать предварительную оценку молекулярного профиля опухоли, основываясь на клеточных особенностях, информация о которых была включена в её обучающие данные. Кроме того, эта же модель ИИ способна прогнозировать риски летального исхода пациента при различных типах рака. Модель, получившая название CHIEF (англ. Clinical Histopathology Imaging Evaluation Foundation), была обучена на 60 000 полнослайдовых изображений тканей лёгких, предстательной железы, толстой кишки и других органов. Исследователи заявили, что CHIEF находится на шаг впереди других моделей ИИ по выявлению рака благодаря своим обширным обучающим данным, которые позволяют ей интерпретировать медицинский снимок более целостно, чем другим, более узкоспециализированным моделям.

– Если наш подход и аналогичные ему в дальнейшем получат признание и широкое распространение, то станет возможным выявлять больных раком на ранних стадиях. Таким пациентам могут помочь экспериментальные методы лечения, нацеленные на определённые молекулярные вариации генов, – возможность, которая не является общедоступной, – поделился профессор Гарвардской медицинской школы и основной автор исследования Кунь Шинь Юй.

ИИ используется на всех этапах исследования рака

Потенциал возможностей ИИ для лечения рака в целом можно раскрыть в следующих направлениях: прогнозирование рака, выявление болезни, разработка лекарственных препаратов и лечение. Что касается выявления рака, то радиологи и другие врачи уже используют инструменты искусственного интеллекта для обнаружения опухолей. В журнале Nature Medicine опубликованы результаты проводившегося в Германии нового исследования с участием почти 500 000 пациентов. Исследование показало, что врачи, которые использовали модель искусственного интеллекта для выявления рака молочной железы, подтвердили больше случаев данного заболевания, чем врачи, следовавшие традиционному методу. В частности, у тех врачей, которые использовали инструменты ИИ, показатель выявления рака был на 17,6 % выше. Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) уже одобрило продажу и разработку программного обеспечения на основе искусственного интеллекта, предназначенного для выявления признаков рака предстательной железы.

Особого внимания заслуживает модель ИИ, созданная исследователями из Национального института здравоохранения под названием LORIS (англ. logistic regression-based immunotherapy-response score). Данная модель продемонстрировала способность прогнозировать, какие методы иммунотерапии и для какой группы онкобольных окажутся наиболее результативными. Иммунотерапия – способ лечения рака, который определённым образом воздействует на иммунную систему организма для борьбы с раковыми клетками. Этот метод лечения менее инвазивен, чем более традиционные химиотерапия и лучевая терапия, но эффективен только для определённой группы пациентов. По этой причине такие модели искусственного интеллекта, как LORIS, могли бы помочь врачам лучше выбирать эффективные методы лечения и одновременно с этим не подвергать пациентов неподходящей терапии.

Помимо этого, проект исследователей из Комплексного онкологического центра Чикагского медицинского университета недавно получил от федерального правительства финансирование в размере 16 миллионов долларов. Проект направлен на использование мощных моделей машинного обучения для анализа больших массивов медицинских данных и поиска закономерностей, которые могли бы дать толчок разработке новых методов лечения резистентных к лекарственным препаратам раковых заболеваний. По словам участников проекта, есть надежда на то, что достижения в области ИИ позволят ускорить время поиска новых лекарств. Возможно, это позволит вовремя помочь пациентам, которым новые лекарственные препараты могут понадобиться в ближайшем будущем.

– У пациентов с онкологическими заболеваниями нет времени ждать новых методов лечения, поэтому существует острая необходимость сократить сроки разработки лекарств, и мы стремимся сделать это с помощью новых взаимодополняющих подходов, которые используют вычислительные возможности суперкомпьютеров [Министерства энергетики], – говорится в заявлении директора Комплексного онкологического центра Кунле Одунси.

Инструменты ИИ – не панацея

Одновременно с инновациями существует риск избыточного доверия к инструментам ИИ в вопросах скрининга и обнаружения заболеваний. Некоторые из упомянутых ранее моделей всё ещё находятся на стадии изучения и требуют дополнительных испытаний, прежде чем их начнут массово внедрять в медицинских учреждениях. Существует также риск появления оппортунистов, которые воспользуются шумихой вокруг популярного термина «ИИ», чтобы выдавать недостаточно обученные модели за вполне эффективные. Уже известны многочисленные случаи, когда пациенты получали неверные и потенциально опасные диагнозы после взаимодействия с популярными большими языковыми моделями. Одно из исследований, опубликованное в медицинском журнале JAMA Pediatrics в прошлом году, показало, что ChatGPT ставит неверный педиатрический диагноз в 83 % случаев: в рамках данного эксперимента исследователи загружали в модель описания симптомов и требовали поставить диагноз. Подобные модели также иногда склонны с абсолютной уверенностью предоставлять ложные факты. Если попросить ИИ придумать рецепт торта, то, конечно, ничего страшного не случится, но если использовать советы ИИ для самолечения, неточности и ложные факты могут оказаться опасными.

И даже если в ближайшие годы модели искусственного интеллекта улучшат свои возможности по выявлению различных видов рака (что вполне вероятно), они всё равно не смогут выполнять ту же работу, что и опытный врач. Как отмечает профессор журналистики Нью-Йоркского университета Мередит Бруссард в своей книге «Больше, чем глюк» (выпущена в 2023 году), даже самые продвинутые модели ИИ, по сути, просто сравнивают статичное изображение с подборкой других изображений, уже обработанных людьми, и быстро определяют, есть ли между ними математическое подобие. Такой метод может привести к впечатляющим результатам, но в конечном итоге этот процесс представляет собой прогнозирование – а это не то же самое, что диагноз. Для постановки диагноза по-прежнему требуется врач, который может изучить фактологические данные и сделать собственное экспертное заключение, основанное на многолетнем опыте работы.

Мы уже живём в мире, где врачи могут использовать инструменты ИИ для расширения своих возможностей. Однако нельзя сказать точно, будет ли когда-нибудь искусственный интеллект достаточно надёжен, чтобы полностью заменить врачей.

Источник

Переводчик: Елена Верютина

Редактор: Александра Москалюк