ИИ в борьбе с СOVID-19

Как борьбе с пандемией помогают фейсбук, роботы, дроны и нейросети

Аудио-версия
Дрон MMC применяют для распыления дезинфекции. Фото: prnewswire.com

В последние годы искусственный интеллект стал играть значительную роль в здравоохранении: перспективные средства вычислительной техники и инструменты анализа данных позволяют улучшить профессиональное понимание болезней. С началом вспышки коронавируса и по мере его распространения государственные органы и частные компании по всему миру начали все более активно обращаться к ИИ, чтобы выявить причины, найти лекарства (здесь мы рассказываем о подключении к борьбе с COVID-19 самого мощного на планете суперкомпьютера. – Republic) и разработать вакцину.

ВОЗ в своем февральском отчете указала, что искусственный интеллект и big data играют ключевую роль в борьбе Китая с коронавирусом. На каких этапах ИИ действительно способен помочь человечеству в борьбе с новейшей пандемией? Какие наработки уже существуют и эффективно применяются?

Анализ и обработка ⁠данных

BlueDot

За ⁠неделю до того, как ВОЗ официально объявила о вспышке коронавируса ⁠в Китае (9 января), ее на основе ⁠анализа данных обнаружил ИИ канадского стартапа BlueDot. Его подписчики получили предупреждение о новом заболевании в Ухане еще 31 декабря. Основатель компании, бывший главный инфекционист больницы в Торонто (он работал там во время вспышки атипичной пневмонии 2003 года), Камран Хан считает, что правительства не способны предоставлять информацию достаточно быстро, а новости о возможных вспышках можно узнать в блогах и на форумах (хотя их достоверность под вопросом).

Алгоритм, ⁠предсказавший появление коронавируса, не использует ⁠данные социальных медиа, потому что они, по словам ⁠Хана, слишком путаные. Его козырь – доступ к глобальным данным проданных билетов на авиарейсы, что помогает предсказывать, где и когда зараженный человек окажется в следующий момент. Алгоритм точно предсказал перемещение (и последующее распространение там) вируса из Уханя в Бангкок, Сеул, Тайбэй и Токио.

Работа еще одной нейросети, Metabiota, также основана на обработке big data, но, в отличие от BlueDot, она не брезгует информацией из соцсетей. Компания сотрудничает с разведкой и Министерством обороны США и использует проверенные на практике алгоритмы обработки естественного языка и машинного обучения. Нейросеть отслеживает более 100 инфекционных болезней путем ежедневного анализа около 100 тысяч сообщений на 65 языках, связанных с маршрутами путешествий, курсами полетов, информацией о климате в определенных зонах и так далее.

Информационный обмен

Healthmap

«Удивительно, сколько данных сокрыто в различных новостных сайтах, социальных медиа, на краудсорсинговых платформах, которые, казалось бы, никак не относятся к здравоохранению, – считает доктор Джон Браунштейн, глава по инновациям Бостонской детской больницы. – Но в них есть невероятное количество информации, которую не найдешь ни в одном традиционном государственном источнике».

Браунштейн возглавляет в больнице команду HealthMap, которая использует ИИ для анализа постов, где упоминаются определенные симптомы респираторных заболеваний из районов, отмеченных как потенциальные очаги распространения коронавируса. Результатом ее работы стала карта, с помощью которой за вирусом можно следить в реальном времени.

Возможно, интернет способен сделать для обнаружения инфекции и своевременного информирования больше, чем можно предположить. Как сообщает Би-би-си, руководители Amazon, Google, Microsoft, Apple и Facebook на днях встречались с представителями английского правительства, чтобы обсудить свою роль в нынешнем кризисе. Среди прочего говорили о роли платформ в «моделировании и отслеживании данных».

Facebook уже работает с исследователями Гарвардской школы общественного здравоохранения и Национальным университетом Цинхуа (Тайвань), обмениваясь данными о передвижении людей (не раскрывая их имена) и картами плотности населения, которые помогают предсказать распространение вируса. Соцсеть также помогает понять, в каком ключе люди говорят об инфекции онлайн с помощью таких инструментов, как Crowdtangle, который анализирует посты в соцсетях.

Google стремится помочь тем, кто желает следить за состоянием своего здоровья – исследовательская организация Verily, входящая в Alphabet, разрабатывает нательный температурный датчик, который передает данные в приложение на смартфоне. «Это может быть особенно полезно для пожилых людей, среди которых высок процент смертности», – пишет в своем блоге CEO Google и Alphabet Сундар Пичаи.

Обнаружение

По мере распространения вируса становится чрезвычайно важно наличие инструментов быстрого мониторинга, особенно в публичных местах с густым потоком – например, транспортных узлах – для выявления инфицированных и снижения скорости распространения инфекции.

Китайская компания Baidu разработала несколько эффективных инструментов для информирования, включая основанные на ИИ бесконтактные системы с инфракрасными датчиками, способные быстро мониторить температуру в толпе и определить человека с повышенной температурой (одним из симптомов COVID-19). Эта технология способна сканировать до 200 человек в минуту, что позволяет не нарушать пассажирский поток.

«Традиционный подход, например фронтальные термометры, могут спровоцировать затор и увеличить риск перекрестного заражения. Система температурных датчиков Baidu способна быстро сканировать толпу с высокой эффективностью обнаружения и точности», – говорит Хайфэн Ван, главный технолог Baidu. Кроме того, компания выпустила первую в индустрии модель с открытым исходным кодом для обнаружения в толпе лиц в медицинских масках. Точность обнаружения заявляется как 97,27%.

Другая китайская компания, занимающаяся технологией распознавания лиц, Hanwang, пошла еще дальше и научилась достоверно определять личность человека даже в медицинской маске (изначально это было нужно для распознавания медсестер в больницах страны). Технология Hanwang также способна генерировать изображения открытых лиц из уже существующей базы данных лиц в масках.

Еще один высокотехнологичный инструмент для выявления зараженных – дроны. В феврале компания Shenzhen MicroMultiCopter (MMC) сообщила о запуске более 100 беспилотников в нескольких городах (среди них Шанхай и Гуанчжоу). Дроны оснащены термальными камерами, автоматически сканирующими человека. Кроме того, они способны распылять дезинфицирующие средства, помогают в управлении движением и патрулировании улиц.

Дезинфекция

Клинеры Uvd-Robots. Фото: uvd-robots.com

В феврале компания Sunay Healthcare Supply (поставщик медицинского оборудования на китайском рынке) заключила договор с датской компанией UVD Robots на покупку роботов для дезинфекции. Они способны самостоятельно перемещаться по медицинским учреждениям и обрабатывать поверхности ультрафиолетом, минимизируя риск заражения для медперсонала. Глава Sunay Healthcare Supply полагает, что с помощью этого соглашения эффективную дезинфекцию будут проводить более 2 тысяч больниц.

Сами китайцы также не сидят сложа руки. С начала эпидемии компания XAG, мировой лидер в производстве сельскохозяйственной техники, оптимизировала технологию и создала специальный фонд в 5 млн юаней (более $700 тысяч) для сдерживания эпидемии. Дроны XPlanet и роботы R80 используются для распыления дезинфицирующих средств в местах, подверженных заражению.

Создатель DexNet и директор лаборатории робототехники Калифорнийского университета в Беркли Кен Голдберг замечает, что распространение коронавируса может привести к увеличению числа роботов в повседневной жизни.

Диагностика

Один из самых животрепещущих вопросов в борьбе с пандемией – правильная диагностика заболевания. В начале марта исследователи больницы Жэньминь Уханьского университета, компании EndoAngel Medical Technology Company и Китайского университета наук о Земле опубликовали (препринт) работу по модели deep learning (глубокого обучения), которая способна обнаруживать COVID-19 с точностью до 95%. Модель использует компьютерную томографию более 50 пациентов с подтвержденной пневмонией и более 45 тысяч анонимных изображений КТ. Ее результативность оказалась на уровне опытных рентгенологов, и она помогает им повысить эффективность работы.

«У модели есть огромный потенциал снизить давление на рентгенологов, находящихся на передовой, улучшить раннюю диагностику, изоляцию и лечение и таким образом способствовать установлению контроля над эпидемией», – говорится в статье. Также исследователи утверждают, что модель способна уменьшить время подтверждения диагноза после компьютерной томографии на 65%.

В работе «Глубокое обучение для скрининга коронавируса» исследователи, сотрудничающие с китайским правительством, представили технологию, которая использует множественные модели сверточной нейронной сети (CNN) для классификации наборов данных, полученных через изображения КТ, и вычисления вероятности заражения коронавирусом.

По предварительным результатам утверждается, что она может предсказать разницу между коронавирусом, вирусной пневмонией, гриппом и отсутствием болезни с точностью до 86,7%. Модель обучалась на КТ пациентов с гриппом и COVID-19, а также здоровых людей.

Разработка лекарства (вакцины)

В январе 2020 года британский стартап Exscienta стал первой компанией, которая заявила о подготовке к тестированию на человеке действующего вещества, полностью созданного ИИ. Работа проходила при участии японской фармацевтической фирмы Sumitomo Dainippon Pharma. Алгоритму понадобился год на его создание – при обычных исследованиях на это уходит четыре-пять лет.

Глава компании, профессор Эндрю Хопкинс, считает, что в текущем кризисе ИИ может быть использован в трех направлениях. Это, во-первых, оперативная разработка антител и вакцин против COVID-19. Во-вторых – анализ существующих лекарств на предмет возможного перепрофилирования. И в-третьих – создание препарата для борьбы с нынешней и будущими вспышками коронавируса.

Однако, предупреждает он, нужно реалистично относиться к возможностям ИИ. По его словам, самый короткий срок для выполнения упомянутых задач – от 18 до 24 месяцев, в силу производственных масштабов и необходимости проводить испытания на безвредность. На руках ученых сегодня примерно полсотни препаратов, которые могут быть эффективны в лечении коронавируса.

Над разработкой вакцины трудятся по всему миру, применяя различные подходы. 16 марта ученые исследовательского центра Kaiser Permanente Washington Health Research Institute в Сиэтле первыми начали тестировать на добровольцах вакцину против коронавируса. Прототип вакцины mRNA-1273 был разработан Национальным институтом здравоохранения США и компанией Moderna.

Решение проблемы COVID-19 – грандиозное совместное междисциплинарное предприятие, включающее в себя и государственный, и частный сектора, и отменяющее границы (несмотря на их официальное закрытие). Остается надеяться, что ИИ поможет сократить время, необходимое для разработки действующего лекарства и нахождения вакцины.

Андрей Сорокин