Výzkumníci vyvinuli biokompatibilní implantabilní AI platformu

Tým výzkumníků z Technické univerzity v Drážďanech vyvinul biokompatibilní implantabilní AI platformu, která je schopná klasifikovat v reálném čase zdravé a patologické vzorce v biologických signálech, jako jsou srdeční tepy. Platforma nevyžaduje lékařský dohled k detekci změn ve zdravotním stavu.

Výzkum byl zveřejněn v časopise Science Advances.

Výzva implantabilního AI

Zatímco diagnostická data, jako jsou EKG, EEG a rentgenové snímky, lze analyzovat pomocí strojového učení k detekci onemocnění v raném stádiu, je stále velmi obtížné implantovat AI do lidského těla. Proto je tento nový pokrok od vědců z TU Drážďan na katedře optoelektroniky tak významný, protože se jedná o první případ, kdy takový systém prokázal úspěch.

Výzkumný tým byl veden profesorem Karlem Leem, doktorem Hansem Kleemannem a Matteem Cucchim.

Představili novou metodu pro klasifikaci zdravých a nemocných bio-signálů v reálném čase na základě biokompatibilní AI čipu. Tým se spoléhal na polymerové vláknové sítě, které strukturně připomínají lidský mozek. Tyto sítě umožňují neuromorfní AI princip rezervoárového výpočtu.

Polymerová vlákna a rekurentní sítě

Když jsou polymerová vlákna vytvořena v náhodném uspořádání, označuje se jako “rekurentní síť” a může zpracovávat data podobně jako lidský mozek. Protože sítě jsou nelineární, i velmi malé změny signálů mohou být zesíleny. Příkladem je srdeční tep, který lékaři často mají problém vyhodnotit. Úkoly tohoto typu lze snadno vyřešit pomocí polymerové sítě díky nelineární transformaci.

AI prokázala schopnost rozlišovat mezi zdravými srdečními tepy a třemi běžnými typy arytmie během testů a dosáhla přesnosti 88 %. Polymerová síť také spotřebovala méně energie než kardiostimulátor.

Podle týmu mohou potenciální aplikace takové implantabilní AI systémy zahrnovat monitorování srdečních arytmii nebo komplikací po operaci. Tyto informace lze poté nahlásit lékařům a pacientům prostřednictvím chytrého telefonu, což umožňuje rychlou lékařskou pomoc.

Matte Cucchi je doktorand a první autor článku.

“Vize kombinace moderní elektroniky s biologií pokročila v posledních letech s vývojem takzvaných organických smíšených vodičů,” řekl Cucchi. “Dosud však byly úspěchy omezeny na jednoduché elektronické součástky, jako jsou jednotlivé synapse nebo senzory. Řešení složitých úkolů nebylo dosud možné. V našem výzkumu jsme nyní učinili zásadní krok směrem k realizaci této vize. Díky využití neuromorfního výpočtu, jako je rezervoárový výpočet použitý zde, jsme se nezdařili pouze při řešení složitých klasifikačních úkolů v reálném čase, ale budeme také potenciálně schopni to udělat uvnitř lidského těla. Tento přístup umožní vyvinout další inteligentní systémy v budoucnu, které mohou pomoci zachránit lidské životy.”