“Vyňuchanie” choroby, „Vysvetliteľná“ AI, Inteligentné WC, Hlas ako biomarker

Health AI je pravidelná rubrika venovaná technologickým inováciam v oblasti medicíny a life sciences. Partnerom obsahu je firma Cognexa , ktorá vyvíja špecializované softvérové riešenia, založené na technológii tzv. umelej inteligencie, aj pre organizácie v oblasti medicíny a life sciences.

Môžeme chorobu „vyňuchať“ pomocou prístrojov?

Určite ste už čítali o tom, ako psy so svojím úžasne citlivým čuchom zacítili zmenu vône svojho majiteľa a „identifikovali“ začínajúce ochorenie. Alebo celkom nedávno vyšla správa, že cvičení psíkovia vedeli na základe očuchania ponožiek rozoznať deti s maláriou a to až v 70% prípadoch. Pes vie vraj rozoznať koncentráciu látku v hodnote 1 ppt, čo predstavuje asi 1 kvapku v objeme 20 plaveckých bazénov olympijskej veľkosti. Môže sa mu vôbec nejaký prístroj niekedy vyrovnať?

Výskumníci z Bristolskej university v Anglicku sú z tých, čo vyvíjajú zariadenie, ktoré má napodobniť schopnosť psov zacítiť slabé stopy chemických „podpisov“ chronických ochorení. V spin-out firme Rosa Biotech rozvíjajú technologickú platformu, ktorá pomocou syntetických proteínov a umelej inteligencie dokáže identifikovať spomínané podpisy ochorení.

A ako to vlastne funguje? Vedci vytvorili sériu syntetických valcovitých peptidických molekúl, ktoré napodobňujú bielkoviny cicavčieho čuchového systému. Tieto molekuly sú ďaleko jednoduchšie ako bielkoviny, ľahšie sa dajú pripraviť a lepšie sa s nimi manipuluje. Každý takýto syntetický valec mal na sebe naviazanú farbičku. Keď bol vystavený vzorke, obsahujúcej prchavé metabolity spojené s určitým ochorením, ktoré môžu zachytiť napríklad čuchové bunky psa, syntetická molekula sa na látku naviazala a farbička sa uvoľnila. Vzorka bola vystavená celému radu syntetických molekúl a celkový výsledok je určitý farebný vzor, ktorý je analyzovaný pomocou algoritmov strojového učenia.

Aby sa technológia stala diagnostickou pomôckou, musí byť validovaná na relevantnom počte vzoriek a to sa dá len spojením technológie s klinickým výskumom, čo v tomto prípade výskumníci robia. Tak som teda zvedavá, či umelý „psí“ ňucháč dosiahne citlivosť toho ozajstného?

„Vysvetliteľná“ AI je dôležitá pre oblasť zdravotníctva. Ale ako ju ochrániť?
Určite si vybavíte titulky článkov, kde umelá inteligencia dokázala takmer nemožné, ale nikto vlastne nevie ako. Dokonca ani jej vlastný stvoriteľ. Pre oblasť medicíny je však takýto postup pomerne neprijateľný. Aj schvaľovanie nových liekov je podmienené (v drvivej väčšine prípadov) tým, že poznáme mechanizmus, proti akým molekulám zasahujú a aký to má účinok. Čierna skrinka, z ktorej vyjdú po zadaní určitých vstupných parametrov výstupy, napríklad diagnóza, a nikto nevie, ako sa k nej dopracovalo, je jednou z hlavných prekážok širšieho uplatnenia AI v medicíne.

Avšak medicínski inovátori si, zdá sa, začínajú uvedomovať, že je potrebné pre medicínu vyvíjať algoritmy, ktoré odhalia logiku za určenou diagnózou. Tieto algoritmy sa nazývajú „vysvetliteľná“ umelá inteligencia (XAI). Táto transparentnosť tak hodnotná pre lekárov je však na druhej strane dosť veľkým problémom pri ochrane duševného vlastníctva tejto technológie.

Algoritmy sú vo väčšine prípadov chránené obchodným tajomstvom. V prípade algoritmov použitých hlavne na diagnostiku však tieto musia byť verifikované lekármi a regulačnými autoritami. Takže ako sa vlastne dá XAI v medicíne dostatočne ochrániť?

Jednou z možností je patentovanie. Problematika je o to zložitejšia, že v Európe platia iné predpisy na to, čo sa môže patentovať, ako napr. v USA. Ale aj v Európe sa dajú softwarové riešenia a algoritmy ochrániť, treba však vedieť, ako na to a použiť právnickú kreativitu?. Jednou z ciest je kombinácia softweru a diagnostiky. Diagnostické postupy častokrát vyžadujú senzory a algoritmy môžu byť patentované v spojení s nimi. Ďaľšou možnosťou je mať patenty, ktoré spájajú špecifickú liečbu s danou diagnostikou. Ešte existuje aj možnosť, že aj keď algoritmy poskytnú určité vysvetlenie ako dospeli k výsledku, detaily algoritmov budú stále uchovávané ako obchodné tajomstvo- napríklad tréningové dáta a ďaľšie dôležité detaily. Je treba sa len obrátiť na dobrého patentového právnika. Aké jednoduché, však? (Zdroj a inšpirácia)

Kúpili by ste si inteligentné WC?
Za seba musím povedať, že nie. A predovšetkým nie také, ktoré by samo odosielalo výsledky niekam. Ale poďme sa pozrieť na to, koho a prečo to vlastne niekoho napadlo. V dnešnej dobe máme nepreberné množstvo inteligentných technológií na nosenie, ktoré monitorujú a (možno) zlepšujú naše zdravie. Ale čo takto zapojiť takú jednoduchú technológiu ako je – WC? Veľké množstvo informácií získavame z moču už dnes. Moč obsahuje metabolické prepojenia k viac ako 600 stavom ľudského organizmu, nevynímajúc rakovinu, diabetes a obličkové ochorenia.

Výskumný tím z University of Wisconsim-Madison a Morgridge Institute for Research si dal 2 základné otázky: Môže častá analýza moču poskytnúť okamžité a užitočné informácie o ľudskom zdraví? A môže sa technologická platforma na analýzu adaptovať do WC jednoducho, presne a v cenovo dostupnej hladine? Na prvú otázku si odpovedal tím áno, a výsledky dvoch pacientov kontroloval viacerým ďaľšími testami a pozorovaním. Teraz chcú testovať prenosný hmotnostný spektrometer umiestnený do toalety.
Aj keď sa v pilotných testoch neskúmali nijaké špecifické medicínske otázky, takáto toaleta by mohla v budúcnosti napríklad poskytnúť informácie o metabolizme určitých liečív organizme, a tak by mohla pomôcť lepšie nastaviť konkrétnu liečbu pre daného pacienta.
A prečo sa „smart“ toaletou zaoberám práve v Health AI? Na to je celkom jednoduchá odpoveď- diagnostickú váhu získa podobné zariadenie len vyhodnotením veľkého množstva dát a korelácií so zdravotným stavom a životným štýlom. Tak čo, dali by ste sa nahovoriť?

Hlas ako biomarker

Mnoho ľudí vie z hlasu rozpoznať náladu, rozpoloženie a klamstvo svojho náprotivku. Myslíte si ale, že náš hlas môže byť diagnostickým markerom určitých ochorení? Teraz nemám samozrejme na mysli klasickú zachrípnutosť, kde aj človek bez medicínskeho vzdelania určí, že buď je niekto nachladnutý alebo sa snažil rozprávať v hlučnom bare alebo je Talian.

Firma Sonde Health bola dostatočne presvedčivá, aby získala 16 miliónov dolárov na vývoj a komercializáciu svojej technológie zameranej na použitie hlasu ako zdravotného indikátora. Merck KGaA bol cez svoj investičný fond jedným z hlavných investorov v tomto kole.

Že sa nejedná len o nejakú firmu svedčí aj fakt, že americký patentový úrad udelil Sonde Health patent, ktorý chráni ich unikátnu technológiu na zachytenie, analyzovanie a využitie hlasových biomarkerov, zachytených v krátkych úryvkoch reči. Firma vlastní unikátnu digitálnu biobanku pozostávajúcu z miliónov dát viac ako 20 000 užívateľov. Čo je však najpodstatnejšie, hlasovým vzorkám sú priradené zdravotné údaje, ktoré tvoria základ pre validáciu technológie na použitie v medicínskych aplikáciach napríklad na diagnostiku respiračných, mentálnych či chronických ochorení. Ich technológia zachytáva a analyzuje jemné odchýlky v hlase ako kolísanie, intenzitu, spektrálne vlastnosti, koordináciu hlasového traktu a spája ich s konkrétnymi zdravotnými problémami. Netreba ani dodávať, že na takúto formu analýz a predikcií je potreba určitého druhu AI.