IBM a Albertská univerzita využili algoritmy strojového učenia pri odhaľovaní symptómov schizofrénie

Yorktown, New York – 28. júla 2017: Výskumníci zo spoločnosti IBM (NYSE: IBM) a Albertskej univerzity v Edmontone v Kanade publikovali v magazíne Schizophrenia[1] najnovšie výsledky výskumu, podľa ktorého umelá inteligencia a algoritmy strojového učenia dokázali predvídať so 74% presnosťou prípady schizofrénie.

Retrospektívna analýza takisto ukázala, že táto technológia dokázala predpovedať aj úroveň závažnosti jednotlivých symptómov, na základe korelácií medzi aktivitou pozorovanou v rôznych oblastiach mozgu. Tento priekopnícky výskum by tiež mohol pomôcť vedcom pri identifikácii spoľahlivejších objektívnych biomarkerov pri zobrazení nervového systému, ktoré by sa mohli využiť pri predvídaní schizofrénie, ako aj jej úrovne závažnosti.

Schizofrénia je chronická duševná porucha, ktorá postihuje až 1% obyvateľov. Pacienti so schizofréniou môžu trpieť halucináciami, bludmi alebo poruchami myslenia spolu s kognitívnymi poruchami, ako je neschopnosť sústrediť sa a telesné postihnutia, ako napríklad poruchy pohybu[2].

„Tento jedinečný, inovatívny multidisciplinárny prístup umožňuje využívať nové poznatky a pomáha robiť pokroky v lepšom chápaní pozadia schizofrénie z pohľadu neurobiológie, vďaka čomu bude možné zlepšiť liečbu a liečebný proces tohto ochorenia,“ hovorí Dr. Serdar Dursun, profesor psychiatrie a neurovedy na Albertskej univerzite. „Objavili sme niekoľko významných abnormálnych prepojení v mozgu, ktoré sa môžu skúmať v rámci budúcich štúdií. Modely vytvorené umelou inteligenciou nás posúvajú o krok bližšie k nájdeniu objektívnych vzorov založených na zobrazení nervového systému, ktoré sú diagnostickými a prognostickými markermi schizofrénie.“

V rámci štúdie výskumníci analyzovali spätne anonymizované dáta z funkčnej magnetickej rezonancie (fMRI) získané z otvoreného súboru dát, ďalej skúmali dáta pacientov so schizofréniou a schizoafektívnymi poruchami z výskumnej siete fBIRN (Function Biomedical Informatics Research Network), ako aj kontrolnej skupiny zdravých ľudí. Metóda fMRI meria mozgovú aktivitu na základe zmien v krvnom obehu v špecifických oblastiach mozgu. Konkrétne súbory dát z fBIRN odzrkadľujú výskum realizovaný na mozgových sieťach pri rôznych úrovniach rozlíšenia, zatiaľ čo zhromaždené údaje boli získané od účastníkov štúdie na základe bežného audiometrického testu. Pri skúmaní skenov 95 účastníkov využili výskumníci technológiu strojového učenia na vytvorenie modelu schizofrénie, ktoré identifikuje práve tie prepojenia v mozgu, ktoré sú najväčšmi asociované s touto chorobou.

Výsledky štúdie, na ktorej sa podieľala spoločnosť IBM a Albertská univerzita, preukázali, že aj na oveľa zložitejších dátach, ktoré zobrazujú nervový systém, zozbieraných z rôznych zdrojov (z rôznych prístrojov, od rôznych skupín subjektov a pod.) bol algoritmus strojového učenia schopný rozlišovať medzi pacientami trpiacimi schizofréniou a kontrolnou skupinou s presnosťou na 74% s využitím korelácií v rámci aktivity pozorovanej v rôznych oblastiach mozgu.

Navyše výskum tiež ukázal, že funkčné sieťové prepojenie by mohlo pomôcť pri určovaní úrovne závažnosti pri niekoľkých symptómoch, potom čo sa prejavia u pacienta, vrátane nepozornosti, divného správania, formálnej poruchy myslenia ako aj chudobného rečového prejavu a nedostatku motivácie. Predvídanie úrovne závažnosti symptómov by mohlo viesť ku kvantitatívnej, na meraniach založenej charakterizácii schizofrénie, čiže zobrazení choroby v určitom spektre, v porovnaní s dnešnou metódou, kde je buď pacient diagnostikovaný týmto ochorením, alebo nie je. Tento cieľ, ktorý je založený na merateľných dátach z analýzy úrovne závažnosti by mohol potenciálne pomôcť identifikovať správny proces liečby, ktorý by bol prispôsobený každému jednotlivcovi.

„Konečný cieľ týchto výskumných snáh je identifikovať a vyvinúť objektívne, dátami podložené opatrenia pre charakterizáciu mentálneho stavu a aplikovať ich pri psychiatrických a neurologických poruchách,“ povedal Ajay Royyuru, viceprezident pre oblasť zdravotnej starostlivosti a vedy o živote, z divízie IBM Research. „Veríme, že sa nám tiež podarí získať nové poznatky o tom, ako môže byť umelá inteligencia a strojové učenie využité pri analýze psychiatrických a neurologických porúch, ktoré by mohli byť nápomocné psychiatrom pri posudzovaní a liečení pacientov.“

Iniciatíva Research Domain Criteria (RDoC) Národného inštitútu pre duševné zdravie v USA zdôrazňuje dôležitosť objektívnych meraní v psychiatrii. Oblasť, ktorá sa v psychiatrii opiera o počítačové výpočty (tzv. computational psychiatry), sa zameriava na využívanie moderných technológií a na uplatňovanie prístupu založeného na merateľných dátach tak, aby bolo možné robiť lekárske rozhodnutia v psychiatrii podložené merateľnými dátami. Ide totiž o oblasť, v ktorej sa často spoliehame práve na subjektívny hodnotiaci prístup.

V rámci prebiehajúceho partnerstva budú výskumníci pokračovať v skúmaní tých častí mozgu a jeho prepojení, ktoré by mohli byť významnými pre diagnostikovanie schizofrénie. Výskum bude pokračovať aj v oblasti zlepšovania algoritmu realizovaním analýz pomocou strojového učenia na väčších dátových súboroch ako aj skúmaním spôsobov, ako rozšíriť tieto techniky aj na iné psychiatrické poruchy ako napríklad depresiu alebo posttraumatickú stresovú poruchu.

Obrázky k téme nájdete na https://www.flickr.com/photos/ibm_media/35897673021

O IBM
Spoločnosť IBM je jednou z najväčších IT spoločností na svete a pod názvom International Business Machines poskytuje svojim klientom vo vyše 170 krajinách sveta široké portfólio inovatívnych produktov a služieb v oblasti informačných technológií. Na Slovensku spoločnosť IBM aktívne pôsobí od roku 1990. Samostatná pobočka IBM Slovensko s.r.o. bola založená 7. decembra 1992. Hlavné sídlo IBM Slovensko sa nachádza v Bratislave s pobočkami v Banskej Bystrici a Košiciach.

Organizačnou zložkou IBM Slovensko je aj Klientské inovačné centrum, ktoré sa zameriava na poskytovanie IT služieb a podporné činnosti pri realizácii IT projektov. Je zároveň súčasťou globálnej siete klientských inovačných centier IBM. Spoločnosť IBM Slovensko dodáva svojim zákazníkom integrované, flexibilné a efektívne riešenia, ktoré ponúka prostredníctvom širokej siete predajcov, ako aj obchodných partnerov.

[1]
[1] Gheiratmand, M. et al. Learning stable and predictive network-based patterns of schizophrenia and its clinical symptoms. NPJ Schizophr 3, 22, doi:10.1038/s41537-017-0022-8 (2017). http://rdcu.be/r1Zy

[2]
[2] National Institute of Mental Health, “Schizophrenia” https://www.nimh.nih.gov/health/publications/schizophrenia-booklet/index.shtml