Umělá inteligence ve zdravotnictví by měla myslet malé

Šest minut po startu mise Apolla 13 na Měsíc v roce 1970 explodovala jeho kyslíková nádrž. Tato událost vedla NASA k vývoji nového přístupu k předpovědi možných selhání svých vesmírných lodí. Tento přístup spoléhal na nepřetržité senzorové údaje, které pak krmily hluboké digitální simulace, umožňující mnohem důkladnější testování složitých vesmírných systémů. Byla to první použití technologie “digitálního dvojčete”.

Dnes se systémy digitálních dvojčat používají v různých odvětvích k zlepšení provozu a přesnému simulování změn v systémech. Technologické společnosti jako Apple a Tesla používají digitální dvojčata k monitorování výkonu produktů v terénu a určení, zda konkrétní součásti systému vyžadují údržbu.

Digitální dvojčata se také používají ve zdravotnictví, byť převážně ve výzkumu a vývoji léků. Jejich největší potenciál však spočívá ve správě chronických onemocnění. Spojující se s umělou inteligencí a technologií Internetu věcí, digitální dvojčata mohou učinit zdravotní péči skutečně individualizovanou.

Digitalizace tradiční péče selhala

Moderní medicína učinila v posledních deseti letech malé kroky směrem k personalizované péči, a to tím, že dala pacientům možnost se účastnit rozhodování, a směrem k přesné medicíně prostřednictvím pokroků ve výzkumu genomiky. Obě tyto změny pomohly přizpůsobit péči jednotlivci, ale naše zdravotní systém stále používá “velkou skupinovou” approach k poskytování péče.

To je patrné z toho, jak spravujeme chronická onemocnění. Každý z 133 milionů Američanů, kteří目前 trpí jedním nebo více chronickými onemocněními, je umístěn na plánovanou cestu péče – léčebný režim, módní dietu, často řadu léků – a jejich zlepšení se měří ve skupinách tisíců dalších jedinců, kteří sdílejí stejné onemocnění.

Tento přístup nefunguje. Proslulý je fakt, že výdaje USA na diabetes, srdeční onemocnění a rakovinu stále rostou, a dopad technologií na výsledky a náklady je omezený. V digitální správě diabetes, hubnutí a dalších onemocnění tento dopad nebyl významný.

V březnu byla zveřejněna zpráva Peterson Health Technology Institute, která podtrhla nedostatek udržitelných výsledků. Zpráva zjistila, že všechny vyhodnocené řešení fungují špatně z hlediska zapojení a výsledků v průběhu času. V důsledku toho je hubnutí, snížení A1C, odstranění léků, reverze diabetes a zdravotní, blahobyt a ekonomické výhody těchto řešení omezené a neudržitelné.

To je proto, že většina řešení pouze digitalizuje neúčinný šablonu pro péči. Neberou v úvahu individuální rozdíly. Každý člověk přináší svou vlastní sadu kulturních, biologických, dietních, behaviorálních a environmentálních faktorů, které ovlivňují jeho zdraví na hluboce individuální úrovni.

Přejít z “personalizované” péče na individualizovanou péči

Umělá inteligence digitálního dvojčete slibuje odchod od šablony. Základní koncept této technologie je, že každý jedinec je “N z jednoho”. Digitální dvojče jedince je informováno nepřetržitým měřením jeho jedinečných klinických a behaviorálních proměnných a používá tato data k tvarování pokynů pro péči směrem k nejlepší a zdravější verzi tohoto jedince.

Síla technologie digitálního dvojčete spočívá v jeho pozornosti k malým věcem – věcem, které jíme a děláme – a tomu, jak ovlivňují naše současné a budoucí já. V praxi mohou digitální dvojčata přesně předpovědět účinek večeře z steaků na metabolické nebo kardiovaskulární zdraví konkrétní osoby. Pokud by tento účinek mohl být negativní, digitální dvojčata mohou nabídnout způsoby, jak zmírnit následky. Mohou navrhnout 10minutovou procházku nebo alternativní dezert. Místo zmrzliny možná banánový chlebíček s řeckým jogurtem a čerstvými bobulemi nebo prostě jinou sekvenci.

Tímto způsobem může umělá inteligence digitálního dvojčete ukázat jedinci, co ho čeká, pokud zůstane na své současné trajektorii, a velké změny, které mohou nastat provedením malých úprav v průběhu času. Pokud budete pokračovat ve své současné rutině, budete moci přestat brát metformin za tři týdny. Pokud se vrátíte ke starým zvykům, můžete očekávat, že budete muset vyzvednout nové léky.

Je to silná technologie, a zatímco její dopad na zdravotnictví byl dosud uznán pouze v akademii, začíná najít své místo v komerčních případech použití. V roce 2014 spustily Dassault Systemes a FDA SIMULIA Living Heart, projekt, který spolupracuje s výrobci zařízení na vývoj a zdokonalení kardiovaskulárních zařízení rychleji. Na počátku pandemie vyvinul OnScale Project BreathEasy, digitální dvojče plic pacientů s COVID-19, aby zlepšil a optimalizoval využití ventilátorů.

Zdravotničtí výzkumníci také používají digitální dvojčata chorobných modelů k předpovědi účinnosti farmakologických zásahů na základě složitých, velmi individuálních biologických procesů. Takeda Pharmaceuticals přijala tuto technologii, aby zkrátila farmakologický proces a umožnila realistické předpovědi biochemických reakcí. Nedávno výzkumníci použili technologii digitálního dvojčete k simulaci výsledků terapie a určení nejlepší léčby orofaryngeálního karcinomu na základě individuálních údajů.

Správa chronických onemocnění je další hranicí

Nedávná studie publikovaná v Nature tvrdí, že digitální dvojčata jsou “připravena udělat významný příspěvek” k onkologické péči, zejména při monitorování průběhu onemocnění a hodnocení reakcí na léčbu, které infamně liší jeden jedinec od druhého. Stejná studie analyzuje kardiovaskulární digitální dvojčata krmená zobrazovacími, EHR, genetickými a kontinuálními nositelnými daty a jejich potenciál předpovědět akutní kardiovaskulární události.

Tyto pokroky povedou k životně důležitým zdravotnickým technologiím. Jejich síla spočívá v konceptu, který je základním kamenem jejich účelu: nic komplexního není statické.

To platí zejména pro naše biologické systémy. Digitální dvojče vyžaduje tisíce datových bodů denně, pro každého jedince, aby skutečně pochopilo interakci mezi biologií, kulturou, životním stylem, preferencemi a zdravím jedince. Některá z těchto dat jsou již zachycena nositelnými zařízeními a mobilními aplikacemi, ale bez modelu, který tato data umístí do kontextu jedince a jeho cesty péče, jsou bez směru.

Ve světě správy chronických onemocnění se malé věci mohou velmi rychle stát velkými, život ohrožujícími věcmi. A zatímco digitální zdravotnictví vzbudilo naděje pacientů s jazykem jako “personalizace”, nástroje a přístupy, které byly nabídnuty lidem, nezohlednily jejich jedinečné potřeby a preference.

Umělá inteligence digitálního dvojčete otočí tento přístup vzhůru nohama, pomáhající nám lépe pochopit a zlepšit naše zdraví na hluboce personalizované úrovni. Je to technologie, která je připravena splnit slib individualizované péče.