Algoritmus hlubokého učení pomáhá v dřívější diagnóze Alzheimerovy choroby

Výzkum a věda | |

Algoritmus hlubokého učení pomáhá v dřívější diagnóze Alzheimerovy choroby

Pomocí běžného typu snímku mozku naprogramovali vědci algoritmus strojového učení, který dokáže odhalit Alzheimerovu nemoc v raném stádiu – šest let předtím, než by doktor standardně vyslovil diagnózu.


Tým vědců z Kalifornské univerzity v San Franciscu vedený Jae Ho Sohnem z oddělení radiologie a biomedicíny svou studii publikoval v peer-reviewed magazínu Radiology.

Neurodegenerativní Alzheimerova choroba zůstává neléčitelným stavem, avšak v případě dřívějšího odhalení by mohlo přinejmenším dojít na testování nových, perspektivních léčiv z posledních let, které by v případě úspěchy mohly zpomalit postup nemoci. Nyní bude v rychlejší diagnóze pomáhat strojové učení.

„Jednou z komplikací Alzheimerovy choroby je, že ve chvíli, kdy se objeví typické symptomy a my můžeme stanovit jednoznačnou diagnózu, příliš mnoho nervových buněk už bylo ztraceno. A to je v podstatě nevratné,“ popsal Jae Ho Sohn pro svou univerzitu.

Součástí vědecké studie byla kombinace neurozobrazování se strojovým učením, která měla za úkol předpovědět, zda se pacientovi rozvíjí Alzheimerova nemoc, a to už ve chvíli, kdy se objeví první vada paměti; což je nejlepší doba na zásah lékařů.

 

Klíčová je hladina cukru v buňkách v mozku

Pozitronová emisní fotografie, která měří hladiny konkrétních molekul (např. glukózy) v mozku je jedním z nástrojů, který by měl pomoci dříve odhalovat Alzheimerovu chorobu. Glukóza je primárním zdrojem paliva pro buňky mozku a čím aktivnější buňka je, tím více glukózy spotřebovává. Jak nervová zakončení odumírají, používají méně a méně glukózy.

Snímání hladiny glukózy je navíc poměrně levné a běžnější, dovolit si je mohou i lékařská zařízení v rozvojových zemích nebo menší nemocnice – využívají se také pro přesnější stanovení různých fází rakoviny.

Odhalit změny v hladině glukózy je ovšem pro lékaře velmi těžké – nemoc postupuje standardně pomalu. Právě k tomu slouží nový algoritmus strojového učení vytvořeným týmem Jae Ho Sohna.

 „Jde o perfektní implementaci hlubokého učení, protože to je právě silné v hledání velmi drobných, rozptýlených změn. Radiologové umí velmi dobře odhalovat drobné, lokalizované změny, jako je třeba nádor na mozku, ale máme problém s malými, pomalými, celkovými změnami,“ vysvětluje Sohn a přibližuje důvod k využití strojového učení. „Vzhledem k síle hlubokého učení v tomto druhu práce, obzvláště v porovnání s člověkem, se zdá její implementace vlastně přirozená.“

 

Skvělé výsledky při experimentálních testech

K trénování algoritmu využil Sohn fotografie od organizace, která disponuje veřejnými datasety pozitronových emisních fotografií pacientů s Alzheimerem, bez něj nebo s lehkým kognitivním postižením. Algoritmus se postupem času sám naučil, jaké konkrétní prvky jsou klíčové pro rozvoj a detekci Alzheimerovy nemoci a jaké ne.

Po úvodním tréninku na 1 921 snímcích, což je velmi nízký počet, byl algoritmus vystaven 188 obrázkům ze stejné databáze, se kterými se však ještě nesetkal. V druhé části dostal úplně novou sadu 40 snímků od pacientů, kteří ještě v databázi nejsou, avšak u kterých hrozí kognitivní postižení.

Algoritmus úkol splnil, vzhledem k velmi malému začátečnímu vzorku, výtečně. Správně identifikoval 92 % pacientů v první sadě dat a celých 98 % v té druhé. Tyto správné předpovědi navíc uskutečnil v průměru 75,8 měsíců – o něco málo více než 6 let – dříve, než pacient obdržel konečnou diagnózu.

Podle Sohna je nyní dalším krokem algoritmus zvětšit pomocí dat z různých nemocnic a zemi.

„Věřím, že tento algoritmus může být relevantní. Než jej však můžeme aplikovat do praxe, musíme jej validovat a otestovat na vícero typech pacientů, ideálně v různých zemích a s různým pozadím,“ uzavírá Sohn.

Pokud algoritmus pokročilými testy projde, mohl by skutečně pomoci s dřívější predikcí Alzheimerovy nemoci. Jak to však ve zdravotnictví bývá, i tak však potrvá ještě několik let, než se objeví v praxi. Ukazuje však, jak moc je umělá inteligence v oblasti našeho zdraví významná.


Úvodní foto: © agsandrew - Fotolia.com


Články z rubriky

Do světa kvantových počítačů už se pouští i Amazon"

Nejnovější součást obřího ekosystému veřejného cloudu AWS je experimentování s kvantovými počítači – samozřejmě bez toho, že by je uživatelé museli vlastnit.
více »


Vložka do bot připojená k internetu pomáhá pacientům s roztroušenou sklerózou"

Nejenom cloudem živ jest člověk. Medicínské aplikace internetu věcí a dalších technologií jsou velmi perspektivní oblasti, a k novým pokrokům v oblasti dochází prakticky denně.
více »


Machine Learning Prague: Největší evropská konference o strojovém učení se opět blíží"

Strojové učení stojí v popředí výzkumu a vývoje, algoritmy, kterým dává vzniknout, najdou využití v průmyslu, medicíně, vědě a dalších oborech. Machine Learning Prague neboli MLP, největší konference...
více »


Lidé důvěřují spíše robotovi než svému šéfovi"

Celosvětový průzkum společností Oracle a Future Workplace ukazuje, jak umělá inteligence mění na pracovišti vztahy mezi lidmi a technologiemi.
více »


Canalys: 8 % automobilů v Evropě se prodává s 2. úrovní autonomního řízení"

Samořiditelná auta jsou na vzestupu; těch s 2. úrovní se v ČR prodá 8 %, v USA dokonce 10 %.
více »


Související články


Tagy

Umělá inteligence strojové učení hluboké učení algoritmus studie

Komentáře