Inteligența artificială în sănătate ar trebui să gândească mic

La șase minute după lansarea misiunii Apollo 13 spre lună, în 1970, unul dintre rezervoarele de oxigen ale navei a explodat. Acest eveniment a determinat NASA să dezvolte o abordare nouă pentru a prevedea posibilele defecte ale navei spațiale. Această abordare se baza pe datele continue de la senzori, care alimentau apoi simulări digitale profunde, permițând testarea mult mai riguroasă a sistemelor complexe de zbor spațial. A fost prima utilizare a tehnologiei “digital twin”.

Astăzi, sistemele de gemene digitale sunt utilizate în întreaga industrie pentru a îmbunătăți operațiunile și a simula cu acuratețe orice schimbare într-un sistem. Companiile de tehnologie, cum ar fi Apple și Tesla, utilizează gemenele digitale pentru a monitoriza performanța produselor pe teren și pentru a determina dacă anumite componente ale sistemului necesită întreținere.

Gemenele digitale au fost utilizate și în sănătate, deși în mare parte în cercetarea și dezvoltarea medicamentelor. Cu toate acestea, potențialul lor cel mai mare se află în managementul bolilor cronice. Prin cuplarea inteligenței artificiale și a tehnologiei Internet of Things cu inteligența artificială a gemenelor digitale, o abordare care a început cu ceva atât de vast ca explorarea spațială are potențialul de a face sănătatea cu adevărat personalizată.

Digitalizarea îngrijirii tradiționale a eșuat

Medicina modernă a făcut pași mici către îngrijirea personalizată în ultimul deceniu, oferind pacienților o voce în procesul de luare a deciziilor și către medicina de precizie prin progresele în cercetarea genomică. Ambele au ajutat la personalizarea îngrijirii, dar, în mare parte, sistemul nostru de sănătate utilizează o abordare “grup mare” pentru furnizarea de îngrijiri.

Acest lucru este evident în modul în care gestionăm bolile cronice. Fiecare dintre cei 133 de milioane de americani care trăiesc cu una sau mai multe boli cronice este supus unui plan de îngrijire – un regim de tratament, o dietă la modă, adesea o serie de medicamente – și îmbunătățirea lor este măsurată în loturi de mii de alte persoane care împărtășesc aceeași afecțiune.

Această abordare nu a funcționat. În mod evident, cheltuielile SUA pentru diabet, boli cardiovasculare și cancer continuă să crească, iar impactul tehnologiei asupra rezultatelor și costurilor a fost limitat. În managementul digital al diabetului, pierderea în greutate și altor afecțiuni, acest impact a fost un factor neglijabil.

În martie, un raport publicat de Peterson Health Technology Institute a subliniat lipsa de rezultate durabile. Raportul a constatat că toate soluțiile evaluate funcționează slab în ceea ce privește implicarea și rezultatele pe termen lung. Ca urmare, pierderea în greutate, reducerea nivelului de A1C, eliminarea medicamentelor, inversarea diabetului și beneficiile pentru sănătate, bunăstare și economice ale acestor soluții sunt limitate și nesustenabile.

Acest lucru se datorează faptului că majoritatea soluțiilor digitalizează doar un model ineficient de îngrijire. Ele nu iau în considerare diferențele individuale. Fiecare persoană aduce propria sa serie de factori culturali, biologici, dietetici, comportamentali și de mediu care influențează sănătatea la un nivel profund individual.

Trecerea de la “îngrijire personalizată” la îngrijire individualizată

Inteligența artificială a gemenelor digitale promite o abordare diferită de model. Fundamental pentru această tehnologie este conceptul că fiecare individ este un “N din 1”. Gemenul digital al unui individ este informat de o măsurare continuă a variabilelor clinice și comportamentale unice și utilizează aceste date pentru a modela îndrumarea îngrijirii către cea mai bună și mai sănătoasă versiune a acelui individ.

Puterea tehnologiei gemenelor digitale constă în atenția acordată lucrurilor mici – lucrurile pe care le mâncăm și le facem – și modul în care acestea afectează sănătatea noastră actuală și viitoare. În practică, gemenii digitali pot prezice cu acuratețe efectul unei cine de steak asupra sănătății metabolice sau cardiovasculare a unei persoane specifice. În măsura în care impactul poate fi negativ, gemenii digitali pot oferi modalități de a mitigă repercusiunile. Ei pot sugera o plimbare de 10 minute sau un desert alternativ. În loc de înghețată, poate fi pâine cu nuci și iaurt grecesc cu fructe proaspete sau pur și simplu o altă secvență.

În acest fel, inteligența artificială a gemenelor digitale poate arăta unei persoane ce se întâmplă dacă rămâne pe traiectoria actuală și ce schimbări mari pot apărea prin făcute ajustări mici pe termen lung. Continuați rutina actuală, și veți putea întrerupe administrarea de metformin în trei săptămâni. Cădeți înapoi în vechile obiceiuri, și vă puteți aștepta să reluați tratamentul.

Este o tehnologie puternică, și, deși impactul său asupra sănătății a fost recunoscut în mare parte doar în mediul academic, ea începe să-și găsească rolul în cazuri comerciale. În 2014, Dassault Systemes și FDA au lansat SIMULIA Living Heart, un proiect care lucrează cu producătorii de dispozitive pentru a dezvolta și a rafina dispozitive cardiace la un ritm mai rapid. La începutul pandemiei, OnScale a dezvoltat Project BreathEasy, un gemene digital al plămânilor pacienților cu COVID-19, pentru a îmbunătăți și a optimiza utilizarea resurselor de ventilare.

Cercetătorii medicali utilizează, de asemenea, modele de boli digitale pentru a prevedea eficacitatea intervențiilor farmacologice pe baza unor procese biologice complexe și extrem de individualizate. Takeda Pharmaceuticals a adoptat această tehnologie pentru a scurta procesele farmacologice și a face predicții realiste pentru reacții biochimice. Mai recent, cercetătorii au utilizat tehnologia gemenelor digitale pentru a simula rezultatele terapiei și a determina cel mai bun tratament pentru carcinomul orofaringian pe baza individului.

Managementul bolilor cronice este următoarea frontieră

Un articol recent publicat în Nature afirmă că gemenii digitali sunt “pregătiți să facă contribuții substanțiale” în îngrijirea cancerului, în special în monitorizarea progresiei bolii și evaluarea răspunsurilor la tratament, care variază infam în mod individual. Același articol analizează gemenii digitali cardiaci hrăniți de imagini, date EHR, genetice și purtate continuu, și potențialul lor de a prevedea evenimente cardiace acute.

Aceste progrese vor duce la tehnologii de sănătate care pot schimba viața. Puterea lor se află într-un concept fundamental pentru scopul lor: nimic complex nu este static.

Acest lucru este valabil în special pentru sistemele noastre biologice. Un gemene digital necesită mii de puncte de date pe zi, pe individ, pentru a înțelege cu adevărat interacțiunea dintre biologia, cultura, stilul de viață, preferințele și sănătatea unei persoane. O parte din aceste date este deja capturată de dispozitivele purtabile și aplicațiile mobile, dar fără un model care să pună aceste date în contextul individului și al călătoriei sale de îngrijire, ele sunt fără direcție.

În lumea managementului bolilor cronice, lucrurile mici pot deveni foarte repede mari și amenințătoare. Și, deși sănătatea digitală a ridicat speranțele pacienților cu expresii precum “personalizare”, instrumentele și abordările oferite oamenilor nu au abordat nevoile și preferințele lor unice.

Inteligența artificială a gemenelor digitale va schimba această abordare, ajutându-ne să înțelegem și să îmbunătățim sănătatea noastră la un nivel profund personalizat. Este o tehnologie pregătită să îndeplinească promisiunea îngrijirii individualizate.