AI ve zdravotnictví by měl uvažovat malé

Šest minut po startu mise Apollo 13 na Měsíc v roce 1970 explodovala jeho kyslíková nádrž. Tato událost vedla NASA k vývoji nového přístupu k předpovídání možných selhání svých vesmírných lodí. Tento přístup spoléhal na kontinuální data ze senzorů, která poté živila hluboké digitální simulace, umožňující mnohem důkladnější testování složitých vesmírných systémů. Byla to první použití technologie „digitálního dvojčete“.

Dnes se systémy digitálních dvojčat používají napříč odvětvími ke zlepšení provozu a přesnému simulování libovolné změny v systému. 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 léčiv. Jejich největší potenciál je však ve správě chronických onemocnění. Spárováním strojového učení a technologie Internet věcí s umělou inteligencí digitálního dvojčete, přístup, který vznikl s něčím tak rozsáhlým, jako je vesmírné průzkumnictví, má potenciál učinit zdravotnictví skutečně individualizovaným.

Digitalizace tradiční péče selhala

Moderní medicína učinila během posledního desetiletí malé kroky směrem k personalizované péči tím, že dala pacientům hlas v rozhodování, a směrem k precizní medicíně prostřednictvím pokroků ve výzkumu genomiky. Oba tyto kroky pomohly přizpůsobit péči jednotlivci, ale naše zdravotní systém převážně používá „velkou skupinovou“ přístup k poskytování péče.

To je zřejmé ze způsobu, jakým spravujeme chronická onemocnění. Každý z 133 milionů Američanů, kteří目前 žijí s jedním nebo více chronickými onemocněními, je stanoven na plánovanou cestu péče – léčebný režim, módní dietu, často řadu léků – a jejich zlepšení se měří v dávkách tisíců jiných jedinců, kteří sdílejí stejné onemocnění.

Tento přístup nefungoval. Proslulé je to, že výdaje USA na cukrovku, srdeční onemocnění a rakovinu dále rostou, a dopad technologií na výsledky a náklady byl omezený. V digitálním managementu cukrovky, hubnutí a dalších podmínek neměl tento dopad žádný význam.

V březnu byla zveřejněna zpráva Peterson Health Technology Institute, která podtrhla tento nedostatek udržitelných výsledků. Zpráva zjistila, že všechny vyhodnocené řešení fungují špatně z hlediska zapojení a výsledků v čase. V důsledku toho je hubnutí, snížení A1C, eliminace léků, reverze cukrovky a zdravotní, blahobytové 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 jednoho. Digitální dvojče jednotlivce je informováno kontinuálním měřením jeho jedinečných klinických a behaviorálních proměnných a používá tato data k tvarování pokynů pro péči směrem k nejlepší a zdravější verzi tohoto jednotlivce.

Síla technologie digitálního dvojčete spočívá ve své pozornosti k malým věcem – věcem, které jíme a děláme – a jak ovlivňují naše současné a budoucí já. V praxi mohou digitální dvojčata přesně předpovědět účinek večeře se steakem na metabolickém nebo kardiovaskulárním zdraví konkrétní osoby. Do té míry, do které by tento dopad mohl být negativní, mohou digitální dvojčata nabídnout způsoby, jak zmírnit následky. Mohou navrhnout 10minutovou procházku nebo alternativní dezert. Místo zmrzliny to může být banánový chleb s řeckým jogurtem a čerstvými bobulemi nebo jednoduše jiná sekvence.

Tímto způsobem může umělá inteligence digitálního dvojčete ukázat jednotlivci, co ho čeká, pokud zůstane na své současné trajektorii, a velké změny, které mohou nastat provedením malých úprav v čase. 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 převážně uznán pouze v akademické sféře, začíná najít své místo v komerčních případech použití. V roce 2014 spustily Dassault Systemes a FDA projekt SIMULIA Living Heart, který spolupracuje s výrobci zařízení na vývoj a zdokonalení kardiovaskulárních zařízení rychleji. Na počátku pandemie vyvinul OnScale projekt BreathEasy, který vytvořil digitální dvojče plic pacientů s COVID-19, aby zlepšil a optimalizoval využití ventilátorových zdrojů.

Medicínský výzkum také využívá modely onemocnění digitálních dvojčat k předpovědi účinnosti farmakologických zásahů na základě složitých, extrémně individuálních biologických procesů. Takeda Pharmaceuticals přijala tuto technologii, aby zkrátila farmakologický proces a umožnila realistické předpovědi vstupů a výstupů pro biochemické reakce. Nedávno výzkumníci použili technologii digitálního dvojčete k simulaci výsledků terapie a určení nejlepší léčby pro orofaryngeální karcinom na základě individuálního pacienta.

Správa chronických onemocnění je další hranice

Nedávná práce publikovaná v Nature tvrdí, že digitální dvojčata jsou „připravena učinit významný příspěvek“ k péči o rakovinu, zejména při monitorování progrese onemocnění a hodnocení reakcí na léčbu, které infamně variují z jedince na jedince. Stejná práce analyzuje kardiovaskulární digitální dvojčata, která jsou krmena obrazovými, 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 složitého není statické.

To je obzvláště pravdivé pro naše biologické systémy. Digitální dvojče vyžaduje tisíce datových bodů denně, na osobu, aby skutečně pochopilo interakci mezi biologií, kulturou, životním stylem, preferencemi a zdravím jednotlivce. Některá z těchto dat jsou již zachycena nositelnými zařízeními a mobilními aplikacemi, ale bez modelu, který tato data umístí do kontextu jednotlivce 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 zdraví vzbudilo naděje pacientů slovy jako „personalizace“, nástroje a přístupy, které byly nabídnuty lidem, nezohlednily jejich jedinečné potřeby a preference.

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