Ваш врач — искусственный интеллект: как работает цифровая медицина

Работу двигателей современных самолетов непрерывно мониторят десятки сенсоров, сообщая пилотам и техникам о малейших неполадках. Такое пристальное внимание вполне объяснимо: состояние самолетов напрямую связано с жизнями людей. Но каждый день мы пользуемся куда более сложным биологическим механизмом, от которого зависит наша жизнь, а по отношению к нему большинство из нас вовсе не так внимательны. Речь о нашем теле.

Если человека ничего не беспокоит, он проверяет свое здоровье пару раз в год. Но чаще всего мы озадачиваемся этим, когда уже заболели — то есть когда механизм дал сбой и снизилось качество жизни. Ученые, технологические компании и правительства активно разрабатывают разнообразные системы мониторинга тела с помощью датчиков. Это поможет лечить болезни еще до того, как они проявили себя.

Сбор данных и искусственный интеллект в медицине

Медицинские услуги бывают трех видов:

1. сбор данных о пациенте,
2. обработка данных,
3. лечение.

Сбор медицинских данных сильно изменился с развитием технологий. Если во времена Гиппократа врачи довольствовались поверхностным осмотром и опросом больных, то сегодня в арсенале медиков сложная аппаратура, биохимический анализ крови, генетическое тестирование и т. д.

Второй и третий этапы — обработка данных и непосредственное лечение — до недавнего времени всё еще опирались в основном на знания медиков (всегда неполные). Но теперь перемены пришли и в эти сферы: искусственный интеллект помогает ставить диагнозы, проводить операции, подбирать курсы лечения и многое другое.

ИИ может не хуже специалистов распознавать болезни глаз, диагностирует сердечно-сосудистые заболевания и рак груди. А в Великобритании на обращения пациентов вместо медсестер отвечают медицинские чат-боты.

Некоторые аналитики предсказывают, что в будущем искусственный интеллект будет выполнять 80% лечебных работ вместо врачей, но пока речь не идет о полной замене человека. Наоборот, ИИ — это новый и потенциально самый мощный лечебный инструмент. Но чтобы быть эффективнее, ему нужно получить как можно больше данных о пациентах. Эта всё возрастающая потребность в данных — главном средстве развития медицины — приводит к неожиданным последствиям.

1. Медицина всё больше становится частью нашей повседневной жизни, даже если мы не болеем.

Физические показатели миллионов людей всё время мониторятся, их собирают через фитнес-трекеры, умные часы и другие девайсы. Вся эта информация становится топливом для развития медицинского ИИ. Благодаря развитию телемедицины, медицинских ботов и приложений мы чаще обращаем внимание на свое здоровье и легче получаем помощь.

Телемедицина, или дистанционная медицина — использование компьютерных и телекоммуникационных технологий для обмена мединформацией.

2. Медицина становится всё более превентивной, то есть стремится предотвращать болезни, а не иметь дело с их последствиями.

Врачи стараются распознать патологию до того, как человеку понадобится реанимация. Это стало возможным благодаря развитию генетики и длительному мониторингу пациентов. Против таких болезней, как рак, ранняя диагностика и постоянный мониторинг часто единственное средство.

3. Сам характер медицинского прогресса (необходимость сбора, хранения, обработки данных и развитие ИИ) выводит на первый план технологические компании.

Дальнейшее развитие медицины невозможно без вычислительных мощностей и огромных хранилищ данных, принадлежащих компаниям вроде Google.

Все крупнейшие IT-корпорации вкладывают миллиарды долларов именно в медицинские технологии. Тим Кук, глава Apple, обещает, что медицина станет главным вкладом компании в развитие человечества.

Смартфоны и трекеры для медицинской слежки

Смартфонами пользуются 4 млрд людей, и почти в каждом есть набор датчиков, который можно эффективно использовать, чтобы следить за здоровьем. Конечно, гаджеты создавались не для этого, но пандемия показала, что в чрезвычайных обстоятельствах смартфоны быстро превращаются в средства превентивной медицины. Так произошло в Южной Корее, а также в Китае, где к программе отслеживания контактов с носителями COVID-19 подключился почти 1 млрд человек.

Второе место по популярности после смартфонов занимают специализированные приборы — носимые датчики вроде фитнес-трекеров. Сейчас такими устройствами регулярно пользуется каждый пятый американец, а государственные и частные работодатели в США уже не первый год используют трекеры в своих оздоровительных программах для сотрудников. Например, если человек проходит определенное количество шагов в день или посещает тренажерный зал не меньше 6 раз в месяц, ему могут дать денежный бонус, а если он не делает этого — оштрафовать. Впрочем, такие программы приживаются со скрипом и вызывают протесты работников.

В 2020 году американские ученые доказали, что данные носимых датчиков помогают оценивать риск смерти у пожилых людей лучше, чем традиционные методы.

Во-первых, фитнес-браслеты, пояса и часы гораздо точнее показывают уровень физической активности человека, чем самоотчеты. Во-вторых, простые данные о ходьбе и передвижениях помогают предсказывать смертность лучше, чем информация о том, курит ли человек и был ли у него инсульт или рак. От сердечно-сосудистых заболеваний умирает каждый третий человек в мире, поэтому способность носимых трекеров собирать данные о сердечном ритме — очень полезная функция, и при этом доступная многим.

В конце 2017 года Apple запустила масштабный проект Apple Heart Study. 15 месяцев компания беспрерывно отслеживала сердечные ритмы 419 тысяч пользователей Apple Watch, чтобы выявить среди них людей с сердечными неполадками. Если проблемы обнаруживались, Apple связывала носителя часов с теледоктором, который высылал пользователю ЭКГ-пластырь — его нужно было носить на груди, чтобы отслеживать сердечный ритм еще точнее. До этого этапа дошли 450 человек.

Apple доказала, что смарт-часы определяют сердечный ритм не хуже специализированного оборудования. И, что еще важнее, пользователи айфонов и Apple Watch доверяют компании не только свои медицинские данные, но и свое здоровье.

Цифровизация домашнего медоборудования

Кроме трекеров для запястий, умных поясов и грудных повязок существуют устройства для глаз и ушей, правда, пока в виде прототипов. Любую носимую вещь (кольцо, сережки, кроссовки, футболку и т. д.) можно превратить в умный девайс, который будет мониторить состояние здоровья с помощью датчиков нового поколения.

Большинство подобных разработок связаны с неинвазивными технологиями — то есть такими, которые собирают информацию только с поверхности тела, не проникая внутрь. Например, анализ пота уже сейчас можно использовать для диагностики заболеваний, фитнес-мониторинга, изучения генов, контроля за дозировкой лекарств и допинга и т. п. Однако пока технологии не позволяют анализировать пот в реальном времени: для этого нужно углубленное лабораторное исследование, сложная аппаратура и химические реагенты.

Цель самых амбициозных биомедицинских стартапов — встроить в тело человека датчики, которые будут измерять основные химические показатели и в реальном времени сообщать об отклонениях пользователю или его врачу.

Подобные устройства уже существуют: они замеряют уровень кислорода и глюкозы в крови. Однако даже самые дорогие и продвинутые из них могут работать лишь около недели, а затем их придется менять; кроме того, каждый день их нужно подстраивать под пациента. К тому же для анализа каждого химического элемента нужен отдельный датчик со своим реагентом, который для замера других данных не подойдет.

И всё же удаленная диагностика на основе анализов крови должна выйти на массовый рынок в ближайшее время — и это произведет революцию в медицине. Пусть встроить глюкометр пока не удается, но уже есть все технологии для того, чтобы подсоединить домашние глюкометры к единым базам данных или отправлять лечащим врачам результаты самостоятельно проведенных анализов крови.

В этом смысле любое домашнее медицинское устройство — от градусника и весов до тонометра и стетоскопа, — подключенное к интернету и передающее данные лечащей стороне, становится девайсом для телемедицины.

Умная среда как незаметная слежка

Ношение датчиков и трекеров целиком зависит от дисциплинированности и осознанности пациентов — и это серьезная проблема. Люди забывают заряжать и надевать устройство, одалживают его друзьям или просто устают его носить. Пандемия коронавируса заставила задуматься о том, какую угрозу окружающим могут нести люди, скрывающие свою болезнь. Поэтому бурно развивается эмбиент-мониторинг здоровья (от англ. ambient — «окружающий») — создание среды со встроенными биосенсорами, которые не требуют от человека никаких специальных усилий для сбора данных.

Умный туалет, разработанный стэнфордскими учеными, идентифицирует человека по отпечаткам пальцев и уникальному рисунку ануса.

Встроенные камеры записывают на видео испражнения пользователя, а ИИ делает молекулярный анализ мочи и кала, сохраняя данные в облачном сервисе.

«В отличие от носимых трекеров умный туалет нельзя снять или забыть надеть, — говорит разработчик унитаза профессор Санджив Гамбхир. — Все пользуются туалетом, этого невозможно избежать — и это увеличивает его ценность в качестве устройства для обнаружения болезней».

Такие смарт-унитазы — часть концепции умного дома ближайшего будущего. Но цифровые туалеты придется подождать, а вот голосовые помощники, установленные в сотнях миллионов домов по всему миру, уже используются для диагностики здоровья.

Психиатрический диагноз по голосу

Компания Amazon, один из лидеров на рынке голосовых ИИ-помощников, еще в 2018 году запатентовала технологию диагностики здоровья по речи. В патенте компании говорится, что «кашель, сопение или плач могут указывать на то, что у пользователя есть физическое или эмоциональное нарушение».

С определением простуды и респираторных заболеваний (привет, коронавирус!) всё более или менее понятно: если человек необычно много для себя чихает и кашляет, возможно, он заболел и ему следует обратиться к врачу. Но технологии уже могут распознавать и эмоциональные проблемы. Например, система, разработанная в компании Canary Speech, анализирует 2500 биомаркеров в голосе по его модуляциям независимо от смысла речи.

Достаточно одной аудиозаписи длиной в 300 слов, чтобы Canary Speech диагностировала болезни Альцгеймера и Паркинсона, сотрясение мозга или мигрень. ИИ может определить уровень стресса и тревожности пользователя, депрессию и ПТСР.

Амазоновская Alexa для психологической диагностики берет несколько параметров: высоту, ритм, произношение, дрожание и гармоничность голоса пользователя. К этим данным Alexa подключает поведенческую историю (данные поисковых запросов, покупок и т. д.) и контекстуальную историю (ключевые слова и тип посещаемых интернет-страниц). По этой информации ИИ может выявить депрессию или склонность к самоубийству.

Такому богатому набору данных о пациенте позавидовал бы любой психиатр. Так Amazon, Apple и другие лидеры индустрии голосовых ИИ-помощников получают выход на бурно развивающийся рынок психотерапии и психологического благополучия.

Будущее медицины: точность и персонализация

Перспективный инновационный подход к здоровью — точная медицина: информацию о геноме человека сопоставляют со всеми остальными данными о его здоровье.

Один из лидеров в этой сфере — Microsoft. Компания, которая 40 лет специализировалась на операционных системах для компьютеров, сегодня полным ходом скармливает ИИ гигантские массивы данных о человеческом геноме. В Microsoft Project Hanover машинное обучение активно применяется в борьбе с раком и разработке лекарств.

Знания о генетическом коде конкретного пациента не только помогают ставить диагнозы точнее, но и подбирать более подходящее лечение.

«Сегодня медицина не точна. На 20 самых популярных в США лекарств 80% пациентов не дают нужной реакции. Развитие big data предвещает новую эру точной медицины, когда лечение станет эффективнее за счет того, что будет подбираться для каждого пациента индивидуально», — сказано в официальном заявлении.

То, как человек усваивает лекарства, зависит от вырабатываемых печенью энзимов: они заданы генетически и различаются у разных людей. От свойств энзимов конкретного человека зависит, например, как он будет реагировать на терапию.

В крови людей, принимавших одно и то же лекарство, число действующих молекул неодинаково — и разница может быть пятикратной! Иногда это приводит к тому, что препарат вообще не работает, а иногда — к серьезной интоксикации.

В Британии каждый 20-й пациент попадает в больницу из-за действия лекарств.

Персонализированная медицина отличается от точной тем, что при диагностике и подборе лечения акцент делают на поведении и социальных взаимодействиях пациента. Специалисты считают, что семейная история, среда, социально-экономические обстоятельства жизни и базовые физические параметры (рост, вес и т. п.) важнее для медицинских прогнозов, чем генетические профили.

Однако медики, правительства и IT-предприниматели сходятся на том, что будущее медицины именно за сбором и анализом генетической информации.

Приватность — проблема для развития телемедицины

Люди пользуются услугами телемедицины, носимыми датчиками и профильными приложениями, потому что:

• так проще сфокусироваться на благополучии и предотвращении болезней — 43%;
• так можно лучше понять состояние своего здоровья — 34%;
• доступ к медицине становится удобнее — 24%.

Однако каждый пятый пользователь не использует компьютеры и цифровые устройства в лечении и вопросах здоровья, потому что сомневается в их эффективности. А 41% участников опроса отказываются от носимых устройств и цифровых медуслуг, потому что хотят обезопасить свои личные данные.

Именно в этом заключаются основные проблемы в развитии цифровой медицины: скандалы с Facebook подорвали доверие к технологическим компаниям, и люди стали внимательнее относиться к тому, как используется их личная информация. И хотя рынок носимых устройств стремительно расширяется, специалисты считают, что в последние пару лет рост буксует именно из-за того, что пользователи озабочены сохранностью своих данных.

При этом 45% опрошенных ответили, что доверяют свои медицинские данные технологическим компаниям. Технокорпорации всё еще вызывают меньше доверия, чем больницы, доктора, аптеки и медлаборатории (их выбирают 80%), но уже больше, чем правительство (38%).

Еще один шаг в этом направлении — то, что Amazon и другие крупные интернет-магазины превращаются в онлайн-аптеки, изящно завоевывая доверие пользователей на фоне пандемии и карантина.

Контроль за здоровьем или тотальный контроль?

Израильский историк Юваль Харари считает, что мы живем в эпоху перехода от «надкожной слежки» к «подкожной». То, что происходит внутри нашего организма, теперь очень интересует правительства и корпорации:

«До сих пор, когда ваш палец касался экрана смартфона и нажимал на ссылку, правительство хотело знать, на что именно нажал ваш палец. Но с коронавирусом фокус интереса сменился. Теперь правительство хочет знать температуру пальца и артериальное давление под кожей».

Если мы видим в человеке пациента, то современные сенсоры и технологии мониторинга здоровья дают ему надежду на значительное увеличение качества и длительности жизни. Если же мы смотрим на него как на гражданина, избирателя или потенциального преступника, те же технологии делают его более уязвимым и дают необычайные преимущества контролирующей стороне.

За сердечным ритмом можно следить, чтобы предотвратить приступ. Или для того, чтобы распознать, кто неискренне аплодировал речи диктатора.

Пандемия и цифровая слежка, которую правительства используют для борьбы с пандемией, поставили еще один важный вопрос, ответ на который будет определять наше будущее. Наше здоровье принадлежит только нам или же является общественным достоянием, поэтому государство вправе его регулировать?

Опросы говорят, что люди меньше всего доверяют данные о своем здоровье правительству и считают медиков и IT-корпорации (как в истории с Apple) более достойными доверия. Однако пока что только у государства есть права и возможности контролировать наше здоровье в одностороннем порядке.