Umělá inteligence ve zdravotnictví by měla myslet v malém

Šest minut do mise Apolla 13 na Měsíc V roce 1970 explodovala jeho kyslíková nádrž. Tato událost podnítila NASA, aby vyvinula nový přístup k předpovídání možných poruch ve své kosmické lodi. Tento přístup se spoléhal na nepřetržitá data ze senzorů, která pak napájela hluboké digitální simulace, což umožnilo mnohem přísnější testování složitých systémů pro vesmírné plavby. Bylo to úplně první použití technologie „digitálního dvojčete“.

Dnes, systémy digitálního dvojčete se používají napříč průmyslovými odvětvími zlepšit operace a přesně simulovat jakoukoli změnu v systému. Technologické společnosti jako Apple a Tesla používají digitální dvojčata k monitorování výkonu produktů v terénu a určování, zda konkrétní systémové komponenty vyžadují údržbu.

Digitální dvojčata byla také použita ve zdravotnictví, i když převážně ve výzkumu a vývoji léků. Jeho největší potenciál je však v léčbě chronických onemocnění. Díky propojení strojového učení a technologie internetu věcí s digitálním dvojčetem umělé inteligence má přístup, který pochází z něčeho tak rozsáhlého, jako je průzkum vesmíru, potenciál učinit zdravotní péči skutečně individualizovanou.

Digitalizace tradiční péče selhala

Moderní medicína učinila v posledním desetiletí postupné kroky směrem k personalizované péči tím, že pacientům poskytla hlas při rozhodování, a směrem k precizní medicíně prostřednictvím pokroku v genomickém výzkumu. Obojí pomohlo přizpůsobit péči jednotlivcům, ale z větší části náš zdravotnický systém používá k poskytování péče přístup „velké skupiny“.

Je to evidentní ve způsobu, jakým zvládáme chronická onemocnění. Každý ze 133 milionů Američanů, kteří v současnosti žijí s jednou nebo více chronickými nemocemi, je nastaven na plánovanou cestu péče – léčebný režim, módní dietu, často řadu léků – a jejich zlepšení se měří v dávkách tisíců dalších jedinců, kteří sdílet jejich stav.

Tento přístup se neosvědčil. notoricky známé, americké výdaje na diabetes, srdeční choroby a rakovinu stále roste a dopad technologie na výsledky a náklady je omezený. V digitální léčbě diabetu, hubnutí a dalších stavů nebyl tento dopad faktorem.

V březnu byla zveřejněna zpráva Peterson Health Technology Institute zdůraznili tento nedostatek trvalých výsledků. Zpráva zjistila, že všechna hodnocená řešení si v průběhu času vedou špatně, pokud jde o zapojení a výsledky. V důsledku toho jsou úbytek hmotnosti, redukce A1C, eliminace léků, zvrácení diabetu a zdravotní, duševní a ekonomické přínosy těchto řešení omezené a neudržitelné.

Je to proto, že většina řešení pouze digitalizuje neúčinnou šablonu pro péči. Nezohledňují individuální rozdíly. Každý člověk přináší svůj vlastní soubor kulturních, biologických, dietních, behaviorálních a environmentálních faktorů, které ovlivňují jeho zdraví na hluboce individuální úrovni.

Přechod od „personalizované“ péče k individuální péči

Digitální dvojče AI slibuje odklon od šablony. Jádrem technologie je koncept, že každý jedinec je N z jednoho. Digitální dvojče jednotlivce je informováno nepřetržitým měřením jejich jedinečných klinických a behaviorálních proměnných a používá tato data k formování poradenství v péči směrem k nejlepší a nejzdravější verzi daného jednotlivce.

Síla technologie digitálního dvojčete spočívá v její pozornosti vůči malým věcem – věcem, které jíme a děláme – a jak ovlivňují naše současné a budoucí já. V praxi mohou digitální dvojčata přesně předpovědět, jaký vliv bude mít steaková večeře na metabolické nebo kardiovaskulární zdraví konkrétní osoby. Do té míry, že dopad může být negativní, mohou digitální dvojčata nabídnout způsoby, jak zmírnit následky. Může to navrhnout 10minutovou procházku nebo alternativní dezert. Místo zmrzliny je to možná banánově ořechový chléb s řeckým jogurtem a čerstvým ovocem nebo prostě jiná sekvence.

Umělá inteligence digitálního dvojčete tak může jednotlivci ukázat, co ho čeká, pokud zůstane na své současné trajektorii, a velké změny, které mohou nastat po malých úpravách v průběhu času. Pokračujte ve své dosavadní rutině a za tři týdny budete moci přestat užívat metformin. Vraťte se ke starým zvykům a můžete očekávat, že si vezmete náplň.

Je to silná technologie, a přestože její dopad na zdravotní péči byl do značné míry rozpoznán pouze v akademie, začíná nacházet svou roli v případech komerčního použití. V roce 2014 zahájily Dassault Systemes a FDA SIMULIA Živé srdce, projekt, který spolupracuje s výrobci zařízení na vývoji a zdokonalování srdečních zařízení rychlejším tempem. Na začátku pandemie, OnScale's Projekt BreathEasy vyvinuli digitální dvojče plic pacientů s COVID-19 pro zlepšení a optimalizaci využití zdrojů ventilátoru.

Lékařští výzkumníci také používají digitální modely onemocnění dvojčat k předpovídání účinnosti farmaceutických intervencí založených na složitých, extrémně individuálních biologických procesech. Společnost Takeda Pharmaceuticals přijala technologii ke zkrácení farmaceutických procesů a vytváření realistických předpovědí vstupů a výstupů pro biochemické reakce. Nedávno k tomu vědci použili technologii digitálního dvojčete simulovat výsledky terapie a určit nejlepší léčbu orofaryngeálního karcinomu na základě jednotlivce.

Další hranicí je léčba chronických onemocnění

A nedávný článek publikovaný v Nature tvrdí, že digitální dvojčata jsou „připravena významně přispět“ k péči o rakovinu, zejména při sledování progrese onemocnění a vyhodnocování léčebných reakcí, které se jednotlivci od jednotlivců nechvalně liší. Stejný článek analyzuje srdeční digitální dvojčata krmená zobrazením, EHR, genetickými a kontinuálními nositelnými daty a jejich potenciál předpovídat akutní srdeční příhody.

Tyto pokroky uvolní cestu zdravotnickým technologiím, které změní život. Jejich síla spočívá v koncepčním jádru jejich účelu: nic složitého není statické.

To platí zejména pro naše biologické systémy. Digitální dvojče vyžaduje tisíce datových bodů denně na jednotlivce, aby skutečně porozumělo souhře mezi biologií, kulturou, životním stylem, preferencemi a zdravím jednotlivce. Některá z těchto dat již zachycují nositelná zařízení a mobilní aplikace, ale bez modelu, který tato data vkládá do kontextu jednotlivce a jeho cesty péče, je bez kormidla.

Ve světě zvládání chronických nemocí se z malých věcí mohou velmi rychle stát velké, život ohrožující věci. A zatímco digitální zdraví zvýšilo naděje pacientů pomocí jazyka, jako je „personalizace“, nástroje a přístupy, které byly lidem nabízeny, neřešily jejich jedinečné potřeby a preference.

Digitální dvojče AI postaví tento přístup na hlavu tím, že nám pomůže lépe porozumět a zlepšit naše zdraví na hluboce personalizované úrovni. Je to technologie připravená splnit slib individualizované péče.