文|Agnès Vernet
編輯|Caroline Liang
有沒有想過，有朝一日人們可以通過家里的冰箱來收集健康數(shù)據(jù)，用于監(jiān)測危險的行為和習(xí)慣及其發(fā)展趨勢。Agnès Vernet 的醫(yī)療數(shù)據(jù)創(chuàng)新系列陸續(xù)為我們帶來人工智能和機器學(xué)習(xí)在輔助傳統(tǒng)醫(yī)療診斷時是如何發(fā)揮作用的，未來法國的科學(xué)家正在開發(fā)一種技術(shù)，能為肺纖維化患者的肺部生成“數(shù)字替身”。
一覽：
- 人工智能可與傳統(tǒng)醫(yī)療檢驗手段相輔相成，為醫(yī)生提供成本更低、侵入性更小的解決方案，讓診斷更準確。
- 法國大腦和脊髓研究所正在與歐洲多國研究者合作展開一項針對帕金森氏癥的項目。
- 項目的目的是僅通過病人的聲音和面部表情來發(fā)現(xiàn)典型帕金森癥狀。
- 人工智能可分析阿爾茨海默氏癥患者的筆跡、步態(tài)和聲音在長達幾個月的時間跨度內(nèi)的病態(tài)變化，而這種觀察普通醫(yī)生難以開展。
- 有朝一日可以通過手表、冰箱、電腦來收集健康數(shù)據(jù)，用于監(jiān)測危險行為和習(xí)慣及其發(fā)展趨勢。
今天，人工智能和機器學(xué)習(xí)已經(jīng)用于輔助疾病診斷。它們是如何發(fā)揮作用的？
Mounim El Yacoubi：首先，必須強調(diào)的是，診斷不是簡單地把病人歸類。在“正常”和“病態(tài)”之間并沒有明確的界限。這就是為什么診斷仍需要人類醫(yī)生完成。機器學(xué)習(xí)解決方案只是輔助醫(yī)生更好地服務(wù)病人，而非取而代之的工具。
機器學(xué)習(xí)已為醫(yī)學(xué)診斷做出了顯著貢獻，特別是識讀核磁共振成像（MRI）圖中的異常。這種方法的原理是讓計算機對百萬份圖像進行監(jiān)督式學(xué)習(xí)。系統(tǒng)能學(xué)會辨認異常，而且精細化地分類，有時甚至比醫(yī)生分得更細。
你認為人工智能的應(yīng)用不局限于現(xiàn)有的醫(yī)療檢驗？
Mounim El Yacoubi：的確。傳統(tǒng)的診斷方式是根據(jù)驗血結(jié)果、醫(yī)學(xué)影像或其他檢驗得到的生物學(xué)指標來發(fā)現(xiàn)身體異?；蛘呤静“Y狀。這種方式雖然有效，但并不完美，因為這些檢驗往往是侵入性的，設(shè)備和人員的成本也比較高，病人還必須親自去醫(yī)院或化驗室進行檢驗。考慮到這些因素，基于機器學(xué)習(xí)和數(shù)據(jù)（來自價格較低、非侵入性的傳感器）的診斷工具引起了醫(yī)療界的興趣。
你是不是在開發(fā)使用非傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)檢驗數(shù)據(jù)的技術(shù)？
Mounim El Yacoubi：我們正在研究所謂的“人體生態(tài)數(shù)據(jù)”，比如字跡、步態(tài)或聲音。針對帕金森氏癥，我們正在與法國大腦和脊柱研究所開展一個歐洲多國合作的研究項目。其目標是通過簡單的視頻通話，檢測出帕金森氏癥典型的聲音和面部表情異常。
帕金森氏癥是種神經(jīng)退行性疾病，患者通常會面部表情變少，或者聲音發(fā)生變化。我們正在開發(fā)一種機器學(xué)習(xí)的方法來自動檢測這些跡象，并最終將檢測結(jié)果與MRI數(shù)據(jù)或其他臨床指標進行比對。我們希望這種方法有助于更好地描述患者的特征，并建立標準，根據(jù)患者所體現(xiàn)的種種異常行為，將他們分為多個類別，從而方便醫(yī)生對其提供針對性的治療。
有了這樣的工具，病人甚至不需要前往醫(yī)院，就可以邁出診斷的第一步了。
這些工具是否能夠分析目前醫(yī)生無法輕易觀察到的現(xiàn)象？
Mounim El Yacoubi：理論上，醫(yī)生應(yīng)該能夠發(fā)現(xiàn)帕金森氏癥的征兆，但實際情況卻非常復(fù)雜，因為必須觀察一個患者面部表情在幾個月內(nèi)發(fā)生的變化。我們與巴黎的布羅卡醫(yī)院合作，針對阿爾茨海默氏癥開發(fā)了一種類似的方法，用于識別這種疾病導(dǎo)致的書寫困難、聲音變化和行走困難。這項有關(guān)神經(jīng)退行性疾病的研究的挑戰(zhàn)在于，如何協(xié)調(diào)特異性和敏感性：既要在發(fā)病早期及時診斷出此類疾病，又要確保不與其他神經(jīng)系統(tǒng)疾?。ㄈ巛p度認知障礙）相混淆。這并非易事。
“ 我們的目標是用機器學(xué)習(xí)識別出由阿爾茨海默氏癥引起的書寫、語言和行走障礙?！?/p>
互聯(lián)設(shè)備的應(yīng)用，能幫助新型治療理念變?yōu)閷嵺`嗎？
Mounim El Yacoubi：我們將互聯(lián)血糖傳感器應(yīng)用于2型糖尿病患者，連續(xù)讀取其血糖數(shù)值?；颊邿o需戳破手指自測就可以收集到一天 24 小時的血糖值。將血糖數(shù)據(jù)、患者的膳食結(jié)構(gòu)、胰島素攝入量信息（由本人通過手機上糖尿病追蹤app上傳）、聯(lián)網(wǎng)手環(huán)所獲取的活動數(shù)據(jù)結(jié)合起來，即可綜合預(yù)測未來的血糖水平。
這是一個巨大的挑戰(zhàn)，因為每個人的新陳代謝水平和基因構(gòu)成都是獨一無二的。因此，我們創(chuàng)建了基于“順序深度學(xué)習(xí)”模型的個性化模型——該課題是學(xué)者Maximede Bois 的論文題目，由我和巴黎薩克雷大學(xué)的 Mehdi Ammi共同指導(dǎo)。Maxime 利用人工生成的模擬患者群體數(shù)據(jù)，開發(fā)了這項技術(shù)，并得到了美國食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）的認可。隨后，他與Revesdiab 網(wǎng)絡(luò)合作，在6名患者身上進行了測試。
你們遇到過什么困難嗎？
Mounim E lYacoubi：是的，遇到過一些，但我們有辦法解決。為了克服缺乏數(shù)據(jù)的問題，我們采用了遷移學(xué)習(xí)的方法，也就是在其他患者身上預(yù)先訓(xùn)練模型，確保它盡可能地產(chǎn)生最通用的參數(shù)，從而更好地適用于新的患者。為了提高醫(yī)生對這套系統(tǒng)的接受度，我們在預(yù)設(shè)時考慮到了不同醫(yī)生選擇指標上的差異性。
解釋一下我們的模型是如何工作的：將多個變量的數(shù)據(jù)集成到深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（我們的學(xué)習(xí)方法）中來估計各個變量在一段時間內(nèi)的權(quán)重。如此一來，在每次預(yù)測的時候，我們就能判斷哪個變量是最具決定性的——血糖、飲食，還是胰島素。這很有意思，因為醫(yī)生也不知道在某個時刻哪個參數(shù)更重要。
這是你們唯一的一個互聯(lián)設(shè)備項目嗎？
Mounim El Yacoubi：不是，我們還有一個項目，使用測量動脈僵硬度的聯(lián)網(wǎng)手環(huán)來完善對心律失常的診斷。和診斷帕金森氏癥的過程類似，我們會把手環(huán)的測量值與心電圖等其他檢測結(jié)果進行比對。
您是否認為聯(lián)網(wǎng)冰箱在未來能夠發(fā)現(xiàn)抑郁癥行為的征兆？
Mounim El Yacoubi：冰箱確實是一個觀察行為習(xí)慣變化的好設(shè)備。冰箱數(shù)據(jù)還能和用戶的智能手機或上網(wǎng)行為的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)起來。但這會引發(fā)一些重大的數(shù)據(jù)保護問題：該不該允許醫(yī)生獲取我們家里冰箱的數(shù)據(jù)進行分析？如果我們的行為暴露出了危險的病態(tài)跡象，搜索引擎或者社交網(wǎng)絡(luò)平臺該不該主動提醒我們？也許，這些手段的應(yīng)用，應(yīng)基于慢性病患者或者病情呈階段性狀態(tài)變化的患者（比如糖尿病人或雙相情感障礙患者）的知情同意權(quán)。
由 Agnès Vernet 采訪
更多信息：
《DIGIPD：驗證數(shù)字生物標志物，以更好地為帕金森氏癥提供個性化治療》，https://www.erapermed.eu/wp-content/uploads/2021/01/Newsletter-ERA-PerMed_final.pdf，2021。
Maxime De Bois，Mounim A. El-Yacoubi，Mehdi Ammi，《醫(yī)療中的對抗性多源遷移學(xué)習(xí)：糖尿病患者的血糖預(yù)測》，《計算機方法程序生物醫(yī)學(xué)》，199: 105874 (2021)。
Maxime De Bois，Mounim A. El-Yacoubi，Mehdi Ammi，《通過關(guān)注糖尿病患者的血糖預(yù)測，加強醫(yī)療領(lǐng)域深度模型的可解釋性：》，《國際模式識別與人工智能雜志》，待出版，2021年。
Moun m A. El-Yacoubi，Sonia Garcia-Salicetti，Christian Kahindo，Anne-Sophie Rigaud，Victoria Cristancho-Lacroix，《從衰老到早期阿爾茲海默氏癥：通過半監(jiān)督學(xué)習(xí)和順序表征學(xué)習(xí)了解書寫多模態(tài)行為》，《模式識別》2019年2月，卷86，第112-133頁。
Saeideh Mirzaei，Mounim El Yacoubi，Sonia Garcia-Salicetti，Jerome Boudy，C Kahindo，V Cristancho-Lacroix，Hélène Kerhervé，A S Rigaud，《用于早期阿爾茨海默氏癥預(yù)測的語音參數(shù)的雙階段特征選擇》，《IRBM》, 卷39, No. 6，pp. 430–435, 2018。
Moun m A. El Yacoubi
南巴黎電信學(xué)校（巴黎綜合理工學(xué)院聯(lián)盟）教授