Η Τεχνητή Νοημοσύνη στην Υγεία Πρέπει Να Σκέφτεται Μικρά

Έξι λεπτά μετά την απογείωση της αποστολής Apollo 13 στη σελήνη το 1970, η δεξαμενή οξυγόνου της εξερράγη. Το γεγονός αυτό προκάλεσε τη NASA να αναπτύξει μια νέα προσέγγιση για την πρόβλεψη πιθανών αποτυχιών στα διαστημικά της οχήματα. Η προσέγγιση αυτή βασίζονταν σε συνεχείς δεδομένα αισθητήρων, τα οποία στη συνέχεια τροφοδοτούσαν ψηφιακές προσομοιώσεις, επιτρέποντας μια πολύ πιο αυστηρή δοκιμή των σύνθετων διαστημικών συστημάτων. Ήταν η πρώτη χρήση της τεχνολογίας “ψηφιακού δίδυμου”.

Σήμερα, τα συστήματα ψηφιακών διδύμων χρησιμοποιούνται σε διάφορους τομείς για τη βελτίωση των λειτουργιών και την ακριβή προσομοίωση κάθε αλλαγής σε ένα σύστημα. Εταιρείες τεχνολογίας όπως η Apple και η Tesla χρησιμοποιούν ψηφιακά δίδυμα για την παρακολούθηση της απόδοσης των προϊόντων τους στο πεδίο και για τον προσδιορισμό του εάν συγκεκριμένα συστατικά του συστήματος απαιτούν συντήρηση.

Τα ψηφιακά δίδυμα έχουν επίσης χρησιμοποιηθεί στην υγεία, αν και κυρίως στην έρευνα και ανάπτυξη φαρμάκων. Το μεγαλύτερο δυναμικό τους, ωστόσο, βρίσκεται στη διαχείριση χρόνιων νοσημάτων. Συνδυάζοντας την τεχνητή νοημοσύνη και την τεχνολογία του Internet των Πραγμάτων με την τεχνολογία ψηφιακού δίδυμου, μια προσέγγιση που προέρχεται από κάτι τόσο εκτενές όσο η διαστημική εξερεύνηση έχει τη δυνατότητα να κάνει την υγεία πραγματικά εξατομικευμένη.

Η ψηφιοποίηση της παραδοσιακής φροντίδας έχει αποτύχει

Η σύγχρονη ιατρική έχει κάνει βήματα προς την εξατομικευμένη φροντίδα τα τελευταία δέκα χρόνια, δίνοντας στους ασθενείς φωνή στη λήψη αποφάσεων και προς την ακριβή ιατρική μέσω των προόδων στην έρευνα γονιδιώματος. Και τα δύο έχουν βοηθήσει να προσαρμοστεί η φροντίδα στο άτομο, αλλά για το μεγαλύτερο μέρος, το σύστημα υγείας μας ακολουθεί μια “μεγάλη ομάδα” προσέγγιση για την παροχή φροντίδας.

Είναι εμφανές στον τρόπο με τον οποίο διαχειριζόμαστε τα χρόνια νοσήματα. Κάθε ένας από τους 133 εκατομμύρια Αμερικανούς που ζουν σήμερα με ένα ή περισσότερα χρόνια νοσήματα τοποθετείται σε einen προγραμματισμένο δρόμο φροντίδας – ένα πρόγραμμα θεραπείας, μια μόδα διαίτης, συχνά μια σειρά φαρμάκων – και η βελτίωση της υγείας τους μετρείται σε δέσμες χιλιάδων άλλων ατόμων που μοιράζονται την ίδια πάθηση.

Αυτή η προσέγγιση δεν έχει δουλέψει. Φημίζεται ότι οι δαπάνες των ΗΠΑ για τον διαβήτη, τις καρδιακές παθήσεις και τον καρκίνο συνεχίζουν να αυξάνονται, και η επίδραση της τεχνολογίας στα αποτελέσματα και τους κόστους έχει sido περιορισμένη. Στη ψηφιακή διαχείριση του διαβήτη, της απώλειας βάρους και άλλων παθήσεων, η επίδραση αυτή ήταν μηδενική.

Τον Μάρτιο, μια έκθεση που δημοσιεύθηκε από το Peterson Health Technology Institute υπογράμμισε την έλλειψη μακροπρόθεσμων αποτελεσμάτων. Η έκθεση διαπίστωσε ότι όλες οι αξιολογημένες λύσεις έχουν κακή απόδοση στην εμπλοκή και τα αποτελέσματα με την πάροδο του χρόνου. Κατά συνέπεια, η απώλεια βάρους, η μείωση του A1C, η εξαφάνιση φαρμάκων, η αναστροφή του διαβήτη και τα οφέλη για την υγεία, την ευεξία και την οικονομία από αυτές τις λύσεις είναι περιορισμένα και μη βιώσιμα.

Επειδή οι περισσότερες λύσεις απλώς ψηφιοποιούν ένα ανεπιτυχές πρότυπο φροντίδας. Δεν λαμβάνουν υπόψη τις ατομικές διαφορές. Κάθε άτομο φέρνει τη δική του σειρά πολιτιστικών, βιολογικών, διατροφικών, συμπεριφορικών και περιβαλλοντικών παραγόντων που επηρεάζουν την υγεία του σε ένα βαθιά ατομικό επίπεδο.

Μεταβαίνοντας από την “εξατομικευμένη” φροντίδα στην ατομική φροντίδα

Η τεχνητή νοημοσύνη ψηφιακού δίδυμου υποσχέται μια απομάκρυνση από το πρότυπο. Κεντρική στην τεχνολογία αυτή είναι η έννοια ότι κάθε άτομο είναι ένα N του ενός. Το ψηφιακό δίδυμο ενός ατόμου ενημερώνεται από μια συνεχής μέτρηση των μοναδικών κλινικών και συμπεριφορικών μεταβλητών του και χρησιμοποιεί αυτά τα δεδομένα για να διαμορφώσει τις οδηγίες φροντίδας προς την καλύτερη και πιο υγιή εκδοχή του ατόμου.

Η δύναμη της τεχνολογίας ψηφιακού δίδυμου βρίσκεται στην προσοχή στα μικρά πράγματα – τα πράγματα που τρώμε και κάνουμε – και πώς αυτά επηρεάζουν την τρέχουσα και μελλοντική μας υγεία. Σε πρακτική εφαρμογή, τα ψηφιακά δίδυμα μπορούν να προβλέψουν με ακρίβεια την επίδραση που θα έχει ένα δείπνο με στέικ στην μεταβολική ή καρδιαγγειακή υγεία ενός συγκεκριμένου ατόμου. Στο βαθμό που η επίδραση μπορεί να είναι αρνητική, τα ψηφιακά δίδυμα μπορούν να προτείνουν τρόπους για να μετριάσει τις επιπτώσεις. Μπορεί να προτείνει ένα 10λεπτο περίπατο ή μια εναλλακτική επιλογή γλυκού. Αντί για παγωτό, μπορεί να είναι ψωμί με банάνες και γιαούρτι ή απλώς μια διαφορετική σειρά.

Με αυτόν τον τρόπο, η τεχνητή νοημοσύνη ψηφιακού δίδυμου μπορεί να δείξει σε ένα άτομο τι τον περιμένει αν παραμείνει στον τρέχοντα δρόμο του και τις μεγάλες αλλαγές που μπορούν να συμβούν με τη διεξαγωγή μικρών προσαρμογών με την πάροδο του χρόνου. Συνεχίστε την τρέχουσα ρουτίνα σας και θα μπορέσετε να σταματήσετε να παίρνετε μεφορμίνη σε τρεις εβδομάδες. Πετάξτε πίσω στις παλιές σας συνήθειες και θα πρέπει να περιμένετε να πάρει μια αναπλήρωση.

Είναι μια δυνατή τεχνολογία, και ενώ η επίδρασή της στην υγεία έχει αναγνωριστεί σε μεγάλο βαθμό μόνο στην ακαδημαϊκή κοινότητα, αρχίζει να βρει τον ρόλο της σε εμπορικές περιπτώσεις. Το 2014, η Dassault Systemes και η FDA ξεκίνησαν το SIMULIA Living Heart, ένα πρόγραμμα που συνεργάζεται με κατασκευαστές συσκευών για την ανάπτυξη και την εξέλιξη καρδιακών συσκευών με ταχύτερο ρυθμό. Στο ξεκίνημα της πανδημίας, η OnScale Project BreathEasy ανέπτυξε ένα ψηφιακό δίδυμο των πνευμόνων των ασθενών με COVID-19 για τη βελτίωση και την оптимποίηση της χρήσης των πόρων των αναπνευστήρων.

Οι ιατρικοί ερευνητές χρησιμοποιούν επίσης ψηφιακά δίδυμα μοντέλων νοσημάτων για την πρόβλεψη της αποτελεσματικότητας των φαρμακευτικών παρεμβάσεων με βάση σύνθετες, εξαιρετικά ατομικές βιολογικές διαδικασίες. Η Takeda Pharmaceuticals έχει υιοθετήσει την τεχνολογία για να συντομεύσει τις φαρμακευτικές διαδικασίες και να κάνει πραγματικές προβλέψεις εισόδου-εξόδου για βιοχημικές αντιδράσεις. Πιο πρόσφατα, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν την τεχνολογία ψηφιακού δίδυμου για να προσομοιώσουν τα αποτελέσματα της θεραπείας και να καθορίσουν την καλύτερη θεραπεία για τον καρκίνο του οροφάρυγγα με βάση το άτομο.

Η διαχείριση χρόνιων νοσημάτων είναι ο επόμενος ορίζοντας

Μια πρόσφατη μελέτη που δημοσιεύθηκε στο Nature υποστηρίζει ότι τα ψηφιακά δίδυμα είναι “έτοιμα να κάνουν σημαντικές συνεισφορές” στην φροντίδα του καρκίνου, ιδιαίτερα στη παρακολούθηση της εξέλιξης της νόσου και στην αξιολόγηση των απαντήσεων στη θεραπεία, οι οποίες είναι φημίζονται ότι ποικίλλουν από άτομο σε άτομο. Η ίδια μελέτη αναλύει ψηφιακά δίδυμα καρδιάς που τροφοδοτούνται από εικόνες, ηλεκτρονικά ιατρικά αρχεία, γενετικά και συνεχείς φορητές δεδομένα, και τη δυνατότητά τους να προβλέψουν οξεία καρδιακά γεγονότα.

Αυτές οι προόδους θα οδηγήσουν σε τεχνολογίες υγείας που θα αλλάξουν τη ζωή. Η δύναμή τους βρίσκεται σε μια έννοια που είναι κεντρική στον σκοπό τους: τίποτα σύνθετο δεν είναι στατικό.

Αυτό είναι ιδιαίτερα αληθινό για τα βιολογικά μας συστήματα. Ένα ψηφιακό δίδυμο απαιτεί χιλιάδες δεδομένα ανά ημέρα, ανά άτομο, για να κατανοήσει πραγματικά την αλληλεπίδραση μεταξύ της βιολογίας, του πολιτισμού, του τρόπου ζωής, των προτιμήσεων και της υγείας ενός ατόμου. Κάποια από αυτά τα δεδομένα έχουν ήδη συλλεγεί από φορητές συσκευές και εφαρμογές κινητών, αλλά χωρίς ένα μοντέλο που να τοποθετεί αυτά τα δεδομένα στο контέκστ του ατόμου και της πορείας φροντίδας του, είναι χωρίς κατεύθυνση.

Στον κόσμο της διαχείρισης χρόνιων νοσημάτων, τα μικρά πράγματα μπορούν να γίνουν γρήγορα μεγάλα, απειλητικά για τη ζωή. Και ενώ η ψηφιακή υγεία έχει ανεβάσει τις ελπίδες των ασθενών με γλώσσα όπως “εξατομικευμένη”, τα εργαλεία και οι προσεγγίσεις που έχουν προσφερθεί στους ανθρώπους δεν έχουν αντιμετωπίσει τις μοναδικές τους ανάγκες και προτιμήσεις.

Η τεχνητή νοημοσύνη ψηφιακού δίδυμου θα ανατρέψει αυτήν την προσέγγιση βοηθώντας μας να κατανοήσουμε και να βελτιώσουμε την υγεία μας σε ένα βαθιά εξατομικευμένο επίπεδο. Είναι μια τεχνολογία που είναι έτοιμη να εκπληρώσει την υπόσχεση της εξατομικευμένης φροντίδας.