Искусственный интеллект в медицине. Как умные технологии меняют подход к лечению
Шрифт:
Мы еще в самом начале эпохи искусственного интеллекта; это пока не повседневная медицинская практика, и некоторые скептики называют применение искусственного интеллекта в медицине SiliconValley-dation, намекая, что подобная валидация годится для проектов в Кремниевой долине (SiliconValley), а не для работы с живыми людьми. Такое пренебрежительное отношение распространено в медицине и чрезвычайно замедляет изменения. В результате весь мир уже находится на стадии четвертой промышленной революции, ознаменованной пришествием искусственного интеллекта, а медицина застряла в предыдущей эпохе – на стадии третьей революции, когда только-только начали широко применяться компьютеры и электроника (см. рис. 1.4). Например, файлы MP3 совместимы со всеми моделями музыкальных проигрывателей, а медицине только предстоит освоить удобные в использовании электронные формы медицинской документации, совместимые с различными устройствами. Это наглядный пример того, с каким трудом новое пробивает себе дорогу в этой отрасли.
По моим наблюдениям, медицина не впервые противится внедрению новых технологий. Это уже моя третья книга о будущем медицины. В «Созидательном разрушении медицины» (Creative Destruction of Medicine) я представил схему, благодаря которой датчики, секвенирование, визуализация, телемедицина и многие другие технологические достижения
Рис. 1.4. Четыре промышленные революции. Источник: с изменениями из: F. Murray, “CEOs: The Revolution is Coming,” Fortune (2016):com/2016/03/08/davos-new-industrial-revolution.
Эта книга описывает следующую после оцифровки и демократизации фазу – и имеет очень далекоидущие цели. Возможно, на вас производит определенное впечатление мой интерес к новым технологиям, однако на самом деле я всегда мечтал и мечтаю о возрождении истинно гуманистического элемента медицинской практики. С глубоким обучением мы получим некий остов, каркас, что позволит нам питать корни медицины, – это будут узы, связывающие человека с человеком. Несмотря на то, что мы пока полностью не добились ни оцифровки, ни демократизации медицины, все же и то и другое медленно, но неуклонно завоевывает позиции, и я верю, что нам удастся не только завершить этот процесс, но и привнести в самое сердце медицины искусственный интеллект. Кульминацией этого процесса и станет то, что я называю «истинная медицина».
Истинная медицина требует трех «глубоких» составляющих (см. рис. 1.5).
Первая составляющая – это подробное медицинское описание каждого индивида (оцифровка медико-биологических данных о человеке) с учетом всех существенно важных данных. Сюда можно отнести все аспекты нашего медицинского, социального, поведенческого и семейного анамнеза, а также чисто биологические признаки и свойства: анатомические, физиологические и экологические. Наша биология многослойна – это геном, закодированный в ДНК, наша РНК, белки, метаболиты, иммуном, микробиом, эпигеном и многое другое. В научном биомедицинском сообществе для обозначения всей совокупности этих составляющих используют термин «глубокое фенотипирование»; мы видели такой подход в примере с эпилептическим статусом у новорожденного ребенка. Глубокое фенотипирование одновременно всепроникающе, так как охватывает множество разнотипных данных, какие только можно себе представить, и всеобъемлюще, поскольку мы стремимся покрыть им как можно большую часть человеческой жизни, потому что многие исчисляемые характеристики биологических свойств изменяются с возрастом. Несколько лет назад я написал обзор, в котором утверждал, что нам нужны медицинские данные, которые покрывали бы всю длительность жизни – от зиготы до могилы [8] . Мой бывший наставник сказал тогда, что лучше было бы выбрать промежуток «от любовного аха до смертного праха». Но, думаю, вы ухватили главную идею.
8
Topol, E. J., “Individualized Medicine from Prewomb to Tomb.” Cell, 2014. 157 (1): pp. 241–253.
Рис. 1.5. Три главных составляющих модели истинной медицины. Источник (левый рисунок): с изменениями из: E. Topol, “Individualized Medicine from Prewomb to Tomb,” Cell (2014): 157 (1), 241–253.
Второй составляющей является глубокое обучение, которое будет играть большую роль в медицине будущего. Оно будет включать в себя не только распознавание паттернов и машинное обучение (которое врачи станут использовать в диагностике), но и множество различных приложений, например виртуальное медицинское обучение пациентов, способное помочь и в профилактике, и в лечении заболеваний. Глубокое обучение наверняка сыграет важную роль и в условиях госпиталя, где можно будет использовать машинное зрение для обеспечения большей безопасности пациента и улучшения качества ухода. А это в конечном счете может гарантировать и полноценный мониторинг состояния больных на дому, что позволит сэкономить на больничных помещениях и оборудовании. Несмотря на то, что результаты глубокого обучения уже принесли определенную пользу медицине, особенно в последние годы, мы пока в самой начальной стадии. Почти 50 лет назад Уильям Шварц опубликовал в New England Journal of Medicine статью, озаглавленную «Медицина и компьютер» [9] . В ней он рассуждал о том, что в будущем компьютеры и врачи будут «часто вступать в диалог, компьютер станет следить за анамнезом, клиническими, лабораторными и прочими данными, обращая внимание врача на патологические изменения и подсказывая варианты возможных диагнозов, а также эффективного и безопасного лечения». Чем мы можем дополнить это предвидение теперь, 50 лет спустя? Как ни удивительно – очень немногим. Есть, конечно, разрозненные примеры, как поиск в Google помогал поставить сложные диагнозы, но нельзя же, в самом деле, считать поиск описания простых симптомов способом точной диагностики – это чаще всего порождает не знание диагноза, а тревожность и, так сказать, киберипохондрию.
9
Schwartz, W. B., “Medicine and the Computer: The Promise and Problems of Change.” The New England Journal of Medicine, 1970. 283 (23): pp. 1257–1264.
Можно фантазировать, что искусственный интеллект избавит медицину от таких бед, как неточная диагностика и трата времени на побочную работу – заполнение страховых счетов и кодирование заболеваний, – но пока это только мечты. Предпринимателям, работающим с клиницистами, специалистам по вычислительной
Третья (и наиболее важная) составляющая – это глубокая эмпатия и связь между пациентами и клиницистами. В течение более 40 лет – с момента поступления на медицинский факультет – я наблюдаю неуклонную деградацию гуманистической стороны медицины, что подтверждается данными табл. 1.2. За это время здравоохранение стало не просто крупным, но (к 2017 г.) крупнейшим бизнесом. Теперь система здравоохранения – это самый крупный в США работодатель, обогнавший по числу созданных рабочих мест сети розничной торговли. По приведенным данным видно, что расходы на здравоохранение резко взлетели. Но даже при безудержном росте занятости в этом секторе и при росте расходов на одного пациента резко сократилось время, которое врач может посвятить одному больному, – как на амбулаторном приеме, так и в больницах. Врачи очень сильно загружены. При невероятно высокой стоимости суточного пребывания на больничной койке (около $5 тыс.), контакт с врачом может продолжаться всего несколько минут, за что взимается отдельная плата. Поглощенные непосредственным общением с пациентами и их лечением, врачи пассивно взирали на кардинальные изменения в отрасли, касающиеся ведения электронной медицинской документации, «управляемого медицинского обеспечения», медицинского менеджмента и введения RVU – условных единиц величины (каждой из перечня услуг врача присвоена определенная сумма RVU). В наши дни как никогда высок процент врачей и медицинских сестер, которые страдают от профессионального выгорания и депрессии, вызванных неспособностью оказывать пациентам реальную помощь, а ведь именно это было их основной мотивацией, когда они посвятили себя медицине.
Таблица 1.2
Некоторые показатели здравоохранительной деятельности в США, которые изменились за последние 40 с небольшим лет
Главный недостаток современного здравоохранения – это отсутствие заботы о пациенте как таковой. То есть мы, врачи, в недостаточной мере заботимся о своих пациентах. Сами пациенты тоже чувствуют, что до них никому нет дела. И Фрэнсис Пибоди был прав, говоря о том, что именно забота о пациенте способствует успеху лечения [10] . Величайшая возможность искусственного интеллекта – это не сокращение числа диагностических и лечебных ошибок, не снижение нагрузки и даже не излечение рака, а восстановление драгоценной, освященной веками глубокой – гуманистической – связи между врачом и больным. У нас не только будет больше времени на полноценное общение, что позволит врачу проявить подлинное сочувствие и сострадание, – мы сможем переосмыслить практику профессионального отбора и подготовки врачей. Мы десятилетиями дорожили нашими медицинскими светилами, высоко оценивая их знания и авторитет, но внедрение искусственного интеллекта улучшит качество диагностики и объем знаний, доступный всем лечащим врачам. В конечном счете врачи признают искусственный интеллект и станут относиться к алгоритмам как к профессиональному инструменту. Такое выравнивание ландшафта медицинских знаний в конце концов приведет к новым высотам: мы сможем отбирать для врачебной карьеры людей, обладающих наиболее развитым эмоциональным интеллектом. Мой друг и коллега Абрахам Вергезе, которого я считаю одним из величайших гуманистов в медицине, подчеркнул важность такого подхода в предисловии к этой книге, которую, как я надеюсь, вы прочтете внимательно. Вот что предлагает истинная медицина.
10
Peabody, F. W., “The Care of the Patient.” MS/JAMA, 1927. 88: pp. 877–882. ГЛАВА 2. ПОВЕРХНОСТНАЯ МЕДИЦИНА
Для того чтобы дать представление о концептуальной сущности истинной медицины, я начну с описания современной медицинской практики и постараюсь объяснить, почему мы отчаянно нуждаемся в новых решениях таких проблем, как неверные диагнозы, врачебные ошибки, неблагоприятный исход лечения и неконтролируемый рост стоимости медицинских услуг. Отчасти эти проблемы обусловлены современными методами медицинской диагностики. Чтобы понять, чем искусственный интеллект может быть полезен и чем опасен, мы рассмотрим примеры успешного применения ИИ в разных сферах – от игр до беспилотных автомобилей. Не менее, а возможно, и более важно рассмотреть отрицательные стороны возможного внедрения ИИ: субъективные искажения при интерпретации, возможность усиления социального неравенства, саму структуру ИИ (по сути, это «черный ящик»), а также возможные нарушения врачебной тайны и разглашение конфиденциальных сведений. Передача персональных данных десятков миллионов профилей Facebook в Cambridge Analytica – компанию, которая использовала искусственный интеллект для психологического таргетирования, – наглядно показала, какие неприятные последствия может вызвать применение искусственного интеллекта в контексте здравоохранения.
Только после решения всех этих проблем мы будем готовы к переходу к новой медицине, в инструментарий которой будет интегрирован искусственный интеллект. Мы оценим, как машинное распознавание паттернов повлияет на работу рентгенологов, патологоанатомов и дерматологов – то есть врачей-«паттернистов». Но искусственный интеллект проникнет во все сферы медицины, даже в те, где заняты врачи и хирурги, не занимающиеся распознаванием паттернов. Одна из сфер, особенно остро нуждающихся в изменениях, – это психиатрия, где наблюдается разительное несоответствие между количеством пациентов, страдающих, например, депрессией, и ограниченным количеством специалистов, которые могут оказать им квалифицированную помощь или предупредить развитие болезни. Искусственный интеллект, вполне возможно, сможет сыграть критически важную роль в дальнейшем развитии психиатрии и улучшении качества психиатрической помощи.
Но искусственный интеллект, и в частности глубокое обучение, повлияет не только на практическую медицину. Косвенным образом ИИ преобразит и биомедицинские науки в целом. Например, облегчит разработку новых лекарств. Искусственный интеллект поможет извлекать полезные сведения из комплексных массивов данных, среди которых миллионы последовательностей нуклеотидов в геномах, сложные структуры человеческого мозга, интегрированные потоки данных, получаемые в режиме реального времени с многочисленных датчиков, которые регистрируют показатели жизнедеятельности. В основе этих усилий – стремление позаботиться о пациенте, но стремительное развитие фундаментальной науки и методов разработки новых лекарств тоже окажет огромное влияние на медицину.