Будущее медицины: Ваше здоровье в ваших руках - Эрик Тополь

Используя компании, торгующие данными, типа Acxiom (которые обсуждались в предыдущей главе), Медицинский центр Питтсбургского университета проводит углубленный анализ данных своих пациентов, включая характерное поведение во время шопинга, для предсказания вероятности пользования услугами пунктов оказания первой помощи23. Подобным образом поступает и Организация здравоохранения Северной и Южной Каролины, собирая данные о кредитных картах клиентов – 2 млн человек в своем регионе, чтобы определить пациентов с высокой степенью риска заболеваний (например, через покупки фастфуда, сигарет, спиртных напитков и лекарств)24. Предиктивная модель, используемая в Питтсбурге, показала, что потребители, которые делают больше всего покупок через Интернет и заказывают товары по почте, чаще обращаются в пункты оказания первой помощи, чего организации здравоохранения отнюдь не приветствуют. Обнаруженные взаимосвязи со временем обрастают новыми подробностями, когда информация о нынешних пациентах поступает повторно и большее количество пациентов включается в систему, чтобы лучше предсказывать определенные процессы. Но вопросы конфиденциальности и этичности остаются.

Эти примеры могут рассматриваться как рудиментарная форма искусственного интеллекта – машин или программного обеспечения, демонстрирующих интеллект, подобный человеческому. Другие примеры, которые, возможно, уже окружают вас, включают личных цифровых помощников типа Google Now, Future Control, Cortana25 и SwiftKey26, которые сводят информацию из электронных писем, СМС, ежедневников, записных книжек, истории поисковых запросов, местоположений, покупок, того, с кем вы проводите время, ваших пристрастий в искусстве и вашего поведения в прошлом27. Основываясь на том, что они узнают из этой информации, эти приложения появляются на вашем экране, чтобы напомнить о предстоящей встрече, показать пробки на вашем маршруте или сообщить новости по поводу вашего авиарейса. Читая то, что пишут в Twitter, Future Control ваши друзья, вам могут дать совет: «Ваша девушка грустит, пошлите ей цветы»28. SwiftKey даже вычисляет ваши ошибки при наборе текста и исправляет их, если вы все время нажимаете не на ту клавишу. Google Now работает с авиалиниями и организаторами мероприятий, чтобы иметь доступ к информации о билетах, и может даже слушать звук вашего телевизора, чтобы заранее обеспечить вас программой телевидения29. Как вы можете догадаться, это гораздо более мощные возможности, чем поиск соответствий, приводящий в действие Google Flu Trends, и они имеют непосредственное отношение к медицине.

Такая предсказательная сила полагается исключительно на обучение машин, ключевое свойство искусственного интеллекта. Чем больше данных вводится в программу или компьютер, тем большему они учатся, тем лучше алгоритмы и, предположительно, тем умнее они становятся.

Техники обучения машин и искусственного интеллекта – это то, что обеспечивало триумф суперкомпьютера IBM Watson над людьми в телевикторине Jeopardy! (Рискуй!)[47]. Требовалось быстро отвечать на сложные вопросы, ответы на которые не найти с помощью поисковика Google30–32. IBM Watson были обучены ответам на сотни тысяч вопросов, которые задавались в предыдущих играх-викторинах Jeopardy! вооружены всей информацией из Википедии и запрограммированы на предиктивное моделирование. Здесь не предсказание будущего, а просто предсказание того, что у IBM Watson есть правильный ответ. В основе предсказательных возможностей суперкомпьютера был внушительный портфель систем для обучения машин, включая сети Байеса, цепи Маркова, метод опорных векторов и генетические алгоритмы33. Не стану больше в это углубляться: я недостаточно умен, чтобы все это понять, и, к счастью, это не особо относится к тому, куда мы с вами сейчас идем.

Еще один подвид искусственного интеллекта и обучения машин2, 20, 34–48, известный как глубинное обучение, имеет важное значение для медицины. Глубинное обучение стоит за способностью Siri декодировать речь, как и за экспериментами Google Brain[48] с распознаванием образов. Исследователи из Google X извлекли из видеозаписей на YouTube 10 млн изображений и запустили их в сеть из 1000 компьютеров, чтобы посмотреть, что Google Brain, обладающий миллионом моделируемых нейронов и миллиардом моделируемых синапсов, способен предложить самостоятельно35, 36. Ответ – кошек. Интернет, по крайней мере сегмент YouTube (который занимает весьма существенную его часть), полон видеозаписей кошек. Кроме опознания кошки это открытие проиллюстрировало когнитивные вычисления, также известные как нейроморфные49а. Если компьютеры могут соревноваться с человеческим мозгом, как гласит теория, то можно добиться перехода их функциональных возможностей в плане восприятия, действия и понимания на следующий уровень. Прогресс в нейроморфных вычислениях идет с головокружительной скоростью. В прошлом году точность компьютерного зрения – например, распознавание пешехода, шлема, велосипедиста, автомобиля – улучшилась с 23 % до 44 %, при этом частота ошибок снизилась с 12 % до менее 7 %49b.

Несмотря на достижения Google Brain, нам пока нечем похвастаться. Человеческий мозг работает на малой мощности, порядка 20 ватт, а суперкомпьютеру требуются миллионы ватт для работы35, 49а – 57. В то время как мозг не нужно программировать (пусть даже иногда кажется, что он запрограммирован) и он теряет нейроны на протяжении своей жизни без существенного функционального истощения, компьютер, потерявший один-единственный чип, может сломаться, и обычно машины не могут адаптироваться к миру, с которым взаимодействуют50. Гари Маркус, нейробиолог из Нью-Йоркского университета, так сформулировал эту нейроморфную задачу в перспективе: «В такие времена я нахожу полезным вспомнить базовую истину: человеческий мозг – это самый сложный орган во Вселенной, и мы до сих пор не представляем, как он работает. Кто сказал, что копирование его восхитительной мощи будет простым?»58 Тем не менее наблюдается довольно большой прогресс в распознавании речи, лиц, жестов и снимков, в чем так силен человеческий мозг и слаб компьютер. Я посетил немало конференций и читал лекции в разных странах, с синхронным переводом, и меня особенно поразило одно достижение: Ричард Рашид, возглавлявший некогда научное подразделение в Microsoft, выступал с лекцией в Китае, и компьютер не только синхронно выдавал ее в иероглифах, но и переводил на китайский (смоделированным) голосом самого Рашида36. Программа DeepFace от Facebook, с самой большой в мире фотобиблиотекой, может определить, принадлежат ли две фотографии одному и тому же человеку, с точностью в 97,25 %59, 60. Последствия для медицины очевидны. Ученые уже показывают, что компьютеры способны распознавать выражения лиц, например боль, точнее, чем люди, и происходит поразительный прогресс в распознавании лиц компьютерами61–63. Специалисты по информатике из Стэнфордского университета использовали кластер из 1600 компьютеров для подготовки к распознаванию снимков, тренировки проводились на 20 000 различных объектов. Больше к нашей теме относится то, что они использовали инструменты глубинного обучения для определения, является ли образец, взятый при биопсии в случае рака груди, злокачественным37. Эндрю Бек из Гарвардского университета разработал компьютеризованную систему для диагностики рака груди и прогнозирования шансов на выживание, основываясь на автоматической обработке снимков. Оказалось, что обучение на основе обработки данных в ЭВМ обеспечивает бо́льшую точность в сравнении с патологами, и это помогло распознать новые особенности, остававшиеся незамеченными на протяжении многих лет64. И нам не следует забывать об активной поддержке развития искусственного интеллекта, которая позволила создать видящие и слышащие устройства. Камера-датчик Orcam устанавливается на очках слабовидящих людей, она видит предметы и передает эту информацию через наушник, используя костную проводимость39. Слуховые аппараты GN ReSound Linx и Starkey – это подключаемые к смартфону приложения, которые «обеспечивают людям, потерявшим слух, возможность слышать лучше тех, кто нормально слышит»65. Есть инвалидные кресла для людей без четырех конечностей, контролируемые мыслью, в духе бионического будущего39. Поэтому способность искусственного интеллекта преображать вещный мир в медицине нельзя упускать из виду. Конечно, технологии могут легко соединяться с робототехникой. В Калифорнийском университете в Сан-Франциско больничная аптека полностью автоматизирована, и роботизированная выдача лекарственных препаратов пока происходит без единой ошибки.

Человек и Интернет медицинских вещей

Теперь мы готовы говорить о медицине и ее возросшей, благодаря нашим цифровым машинам и инфраструктуре, интеллектуальной мощи. В настоящее время количество данных, ежегодное производимое в мире в расчете на одного человека, составляет около одного терабайта, или пяти зеттабайтов, данных в год (или 40 секстильонов). Но вспомните из главы 5, когда мы говорили о человеческой ГИС, что только омики одного человека добавят по крайней мере еще пять терабайтов, а мы еще не достигли даже потокового поступления данных с биодатчиков в режиме реального времени, которые быстро заполонят объем генерируемых сейчас данных. И тем не менее едва ли достаточно добавить другие компоненты ГИС, в частности поток данных в пикселях медицинских снимков и предстоящий шквал информации из Интернета медицинских вещей, чтобы все преобразилось.