Как нейросети могут помочь биологу

В последнее время искусственный интеллект (ИИ) находит всё больше применений в нашем мире – заменяют алгоритмы и помогают принимать верные решения. Нейросети и анализ так называемых BigData – два новых понятия в современной науке, в том числе в биологии. Для начала надо эти новые понятия объяснить.

Bigdata – это огромные массивы данных, которые невозможно обработать традиционными статистическими методами. В биологии такие как сравнение двух выборок, моделирование взаимосвязей.

Представьте – доступна информация о здоровье жителей целой страны, и каждый день, месяц, год поступают новые данные. Это уже не традиционный медицинский эксперимент с опытной и контрольной группой пациентов, а совершенно новый метод работы с данными. При исследовании с использованием bigdata не всегда заранее задана гипотеза, другими словами –не известно, что должно получиться в итоге.

При анализе таких данных и дальнейшей трактовке можно обнаружить интересные и полезные закономерности, но и совершить ошибку гораздо проще. Ложные закономерности, не основанные на причинно-следственных связях, люди находили и без всяких массивов больших данных. Например, как-то раз в Соединённых Штатах выяснили, что дети, у которых дома много книг, более успешны в учёбе. Статистически данные выглядели очень многообещающе, и была начата программа по раздаче книг школьникам. Однако образовательный результат не улучшился – просто у школьников штата дома появилось больше непрочитанных книг. Неудача постигла проект потому, что была нарушена причинно-следственная связь: не из-за большого количества книг дома дети были успешны в учёбе, а наоборот, у отличников дома накапливалось много книг.

Работая с массивами данных, найти подобную, многообещающую лишь на первый взгляд закономерность, ещё проще. Надо уметь отличать такие статистические совпадения, предполагать причинно-следственные связи, строить возможные пути практического использования этих данных.

К анализу данных можно подключать нейросети. Это не реальные колонии живых нейронов, а довольно просто устроенные системы из не очень мощных процессоров. Если обычный процессор в современном компьютере может перебирать огромное количество вариантов за счёт своей вычислительной мощности, то нейросеть работает по своим, непонятным наблюдателю алгоритмам. Главная особенность и преимущество искусственного интеллекта – это способность обучаться. Поэтому перед использованием её нужно потренировать, загружая огромное количество материала, например-фотографий. Если мы хотим научить нейросеть отличать раковые клетки от нормальных, нам нужен массив известных фотографий, где видны заражённые участки. Подобные снимки у нас (биологов) есть – врачи сохраняют их при клинических исследованиях и реальных заболеваниях. В результате, новых пациентов может диагностировать не консилиум врачей, а специально обученная нейросеть, которая обучена на огромном количестве фотографий. Один врач физически не может посмотреть столько информации за свою жизнь.

Почему я заговорил про рак? Потому что один из типов рака, например, рак молочной железы, можно диагностировать тремя возможными способами: это консилиум врачей, обученная нейросеть и специально тренированный голубь. Это не шутка, голуби в некотором роде умнее людей. Продолжая тему рака молочной железы, для такого теста нужно взять образец железистой ткани, обработать его в специальной жидкости, чтобы потом получить цифровое изображение ткани.

Голубей обучают заранее. Их садят в коробку с экраном и выводят на него получившееся изображение. Если голубь клюёт в экран где показана поражённая ткань, он получает еду. Эти пернатые работают даже лучше, чем консилиум профессиональных врачей. К сожалению, область профессиональных компетенций голубей ограничена только несколькими типами рака груди. Нейросеть нужно кормить только электричеством и возможностей её использования намного больше, да и ошибается она реже.

Нейронная сеть программируется, чтобы решать три типа задач: сортировать, предсказывать и распознавать объекты и события. Когда-нибудь мы сможем просто перепрограммировать раковую клетку. Мы будем не лечить проблему, а именно «решать» ее как задачу. Сейчас это авантюра, но она активно развивается наряду с более традиционными проектами.

В компании Microsoft считают, что рак похож на компьютерный вирус и его можно победить, взломав код. Сотрудники компании используют искусственный интеллект в медицинском проекте по уничтожению раковых клеток. В одном из направлений проекта используются машинное обучение и обработка естественного языка – они необходимы ученым для оценки всего объема ранее собранных данных при подборе плана лечения пациентов.

Нейросети помнят всё, а значит точнее определяют проблему. Уже сейчас ИИ может дифференцировать не только рак груди, но и кожи, фиксировать заболевания глаза. Ещё в 2017 году ученые из Стэнфорда во главе с Эндрю Энджи (Andrew Ng) написали нейросеть способную найти по кардиограмме сердца аритмию. По словам, экспертов, технология справлялась лучше экспертов.

Наверняка, есть и другие разработки нейросетей, которые помогают медикам и биологам. Вопрос только в том, когда опубликуют новые исследования по этому вопросу. В любом случае союз биологамедика и программиста в скором времени подарит миру ещё больше открытий, которые облягчат нам жизнь.

Источник: m.vk.com

Комментарии: