人工智能如何监测大脑健康并更快发现痴呆症 - 《华盛顿邮报》

2024-09-24 13:46:19 英文原文

想象一个时尚的便携式家用设备,类似于头带或帽子,嵌入微型电极。这些传感器放置在头上,可以检测微妙的脑电波活动,就像脉搏检测智能手表、血压腕带或心率监测器一样。

读数可以像交通信号灯系统一样简单,绿色表示健康活动,黄色表示需要留意的东西,红色表示需要咨询医疗保健专业人员,神经病学主任 David T. Jones 说梅奥诊所的人工智能项目。您将能够像现在监测心率和血压一样监测您的大脑健康状况。虽然还没有实现,但这就是未来。

琼斯说,这种技术可能需要十年或更长时间才能得到广泛使用,但科学发展很快。

梅奥脑电波研究只是科学家们努力利用人工智能的力量来查明认知障碍早期指标的一种方法。科学家们正在使用人工智能来研究与阿尔茨海默病相关的血液生物标志物。人工智能正在帮助他们寻找可以将痴呆症与炎症、某些视力问题、高胆固醇、高血压、糖尿病和骨质疏松症等慢性健康状况联系起来的数据。

人工智能使这些努力成为可能,因为它可以以极快的速度分析电子患者健康记录中的大量复杂数据,并且通常能够检测人类难以察觉的细微差别。

美国国家老龄化研究所神经科学部副主任珍妮·拉金 (Jennie Larkin) 表示,我们希望找到尽早发现痴呆症的方法。人工智能主要有助于理解和管理对于传统分析而言太大或复杂的大数据。它的潜力是成为一个令人难以置信的助手,帮助我们理解丰富的医疗数据并识别我们永远无法独立帮助的可能性。

以令人难以置信的速度给出答案

人工智能已经应用于其他医疗保健环境,包括筛查乳房 X 光检查,研究人员对其对大脑健康的潜在贡献感到兴奋。

芝加哥医学院神经退行性疾病和治疗中心细胞和分子药理学教授兼学科主席 Judy Potashkin 表示,人工智能应该提高我们预测慢性病风险增加的能力。

据美国疾病控制与预防中心称,阿尔茨海默病是最常见的痴呆症,到 2020 年,预计将有 580 万 65 岁以上的美国人遭受阿尔茨海默病的困扰。预计到 2060 年,这一数字将增加近两倍,达到 1400 万。这种疾病的特点是进行性记忆丧失、性格改变,并最终无法执行日常任务,例如洗澡、穿衣和支付账单。

一些人对人工智能的日益广泛使用感到紧张,担心它会取代人类的工作。但专家坚称它只会增强它。

纽约大学兰格尼健康中心生物伦理学教授阿瑟·卡普兰 (Arthur Caplan) 表示,人工智能功能强大,有许多数据库可供搜索,而且速度快得令人难以置信。人类会疲倦。人工智能则不然。

寻找人类无法发现的微妙模式

人工智能还有潜力弥合经验丰富的临床医生和经验不足的提供者之间的专业知识差距。例如,人工智能可以识别细微的迹象,例如患者声音的变化,这可以帮助诊断帕金森病、阿尔茨海默病或肌萎缩侧索硬化症(ALS)等神经系统疾病。琼斯说,专家所做的大部分工作都涉及从培训和经验中识别模式,人工智能可以帮助非专家复制这些模式。

在琼斯认为最终可能产生家用监视器的脑电波研究中,梅奥大学的科学家使用人工智能扫描脑电图 (EEG),以发现异常模式,这些模式是患有阿尔茨海默病等认知问题的患者的特征。

他们研究了在 Mayo Clinic 接受脑电图检查的 11,000 多名患者的数据,确定了具体差异,包括大脑前部和后部脑电波的变化。

琼斯说,人类看不到它们,但机器可以。希望有一天临床医生能够在记忆问题变得明显之前使用人工智能尽早捕捉到这些模式。

马萨诸塞州总医院的一个团队使用人工智能和磁共振成像 (MRI) 开发了一种检测阿尔茨海默病的算法。他们使用来自约 2,300 名阿尔茨海默氏症患者和约 8,400 名未患该病的患者的近 38,000 张大脑图像来训练该模型。

然后,他们在五个图像数据集上测试了该模型,看看它是否能够准确识别阿尔茨海默病。医院系统生物学中心放射学研究员、该研究的作者之一马修·莱明 (Matthew Leming) 表示,其准确率高达 90.2%。

为未来研究解释 MRI 数据的一个挑战是,人们只有在出现其他症状时才会进行 MRI 扫描,这可能会混淆结果。他说,如果一个人去医院做核磁共振检查,通常并不是因为他们很健康。

利用胆固醇或骨质疏松症来预测阿尔茨海默病

在旧金山加利福尼亚大学,研究人员使用人工智能设计了一种算法,以确定某些健康状况是否可以预测谁将来可能会患上这种疾病。这些疾病包括男性和女性的高血压、高胆固醇和维生素 D 缺乏、男性的勃起功能障碍和前列腺肥大以及女性的骨质疏松症。

他们使用超过 500 万患有和未患有阿尔茨海默病的人的临床数据库设计了该模型。在另一组非阿尔茨海默病患者中,该算法以 72% 的准确率预测了那些最终会在七年内被诊断为阿尔茨海默病的人。

该研究的作者之一 Alice Tang 表示,该研究提出了一个充满希望的前景,即预防和治疗这些疾病可能有助于预防最终的痴呆症。

生物工程师兼医学生唐说,这些疾病与阿尔茨海默病的关联性比没有任何其他健康问题的人更强。然而,她说重要的是要记住,并不是每个患有阿尔茨海默病的人都会患有这些疾病,也不是每个患有这些疾病的人都会患上阿尔茨海默病。这只是一个危险信号。一种需要进一步研究的预测工具。

人们想知道吗?

一些专家敦促谨慎行事,强调人工智能的大部分工作仍处于初步阶段。阿尔茨海默病协会科学参与副主席 Rebecca Edelmayer 表示,我们不一定有足够的数据来判断这些工具是否已被验证可以预测某人的风险。

如今,阿尔茨海默病和其他形式的痴呆症通常只有在出现症状后才能被诊断出来。有几种药物可能会减缓它的速度,尽管它们并不适合所有人,而且它们的功效会随着时间的推移而减弱。

人工智能实现早期诊断的潜力引发了许多与早期使用基因测试相同的问题。

卡普兰表示,总的来说,人工智能在这种情况下是一件好事。但他说,它带来了一个很大的问题,包括健康保险和雇主歧视的可能性。但他补充说,最大的问题是:人们想知道吗?如果是这样,他们将如何处理这些信息?

说实话,我什么也不会做,来自巴尔的摩的退休科普作家乔尔·舒尔金 (Joel Shurkin) 说,他的妻子、海洋生物学家卡罗尔·霍华德 (Carol Howard) 患有早发性阿尔茨海默氏症,于 2019 年去世,享年 70 岁。他说,没什么可做的。

凯瑟琳 (Kathleen),76 岁,来自马里兰州贝塞斯达(为了保护隐私,只使用了自己的名字),她 82 岁的丈夫于 4 月份因阿尔茨海默氏症并发症去世。他的母亲和姐姐也死于这种疾病,因此当他在 70 多岁的时候被诊断出来时,这对夫妇并不感到惊讶。

我们已经承担了风险,并且我们的事务井然有序,”她说。她说,提前知道预示着漫长而缓慢的死亡,会带来毁灭性的心理和经济后果。

他们的一个女儿现年 40 多岁,参加了一项监测她大脑健康状况的研究,希望尽早发现它。凯瑟琳相信人工智能研究最终将在早期诊断和治疗方面产生巨大的影响。我认为这会是奇迹,她说。

卡普兰说,知道痴呆症在你的未来迫在眉睫有一些好处。

你可以计划你的生活,他说。明年就去度假,而不是等待。把你的事情安排好。进行讨论,以便每个人都做好准备,这对其他人来说非常有价值。

NIA Larkin 指出,尽早发现这种疾病可能会为新的治疗方法提供机会。

我们学到的东西非常有希望,她说。

卡普兰同意。他说,当你无法说话和行走时,大脑就很难修复了。早期发现让您有希望在损害发生之前尝试新的干预措施。我并不是说这会发生,但人工智能的潜力确实打开了大门。

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摘要

想象一下一个时尚的便携式家用设备,类似于头带或帽子,嵌入微型电极。琼斯说,专家所做的大部分工作都涉及从培训和经验中识别模式,人工智能可以帮助非专家复制这些模式。琼斯认为,在脑电波研究中,梅奥科学家最终可能会开发出家用监视器,他们使用人工智能扫描脑电图 (EEG),以发现患有阿尔茨海默病等认知问题的患者特有的异常模式。阿尔茨海默病协会科学参与副会长丽贝卡·埃德迈耶 (Rebecca Edelmayer) 表示,我们不一定有足够的数据来判断这些工具是否已被验证可以预测某人的风险。NIA 拉金指出,尽早发现这种疾病可能会为新的治疗方法提供机会。