Umělá inteligence radí lékaři

Nesprávné diagnózy vyplývají z propletence příčin, v němž figurují lidská chyba lékaře či jiného zdravotnického pracovníka, jejich přepracování nebo předpojatost – podvědomě v některém období či u některých pacientů očekávají určité nemoci, takže nepostřehnou, že za podobnými příznaky se skrývá jiná choroba.

Zmatky však vnášejí i sami pacienti, kteří lékařům nevědomě či záměrně zatají některé informace o svém zdravotním stavu. K tomu se přidávají ztracené výsledky laboratorních testů nebo hlášení o dřívějších vyšetřeních, která se k lékaři nedostala, takže pak stanovil špatnou diagnózu. A tak dále.

Řešení existuje, říkají technooptimisté a nabízejí umělou inteligenci, tedy vlastně počítačové programy, které se svými „intelektuálními“schopnostmi blíží těm lidským, případně je dokonce přesahují.

Vyšetření před obrazovkou

Už dlouhá desetiletí existuje představa, jak by mohl počítačový program nahradit lékaře v prvních fázích komunikace s pacientem. Nemocný přijde do ordinace, sestra mu změří teplotu a tlak a pak do počítače strukturovaně zaznamená pacientovy potíže. Stroj je vyhodnotí, určí příčinu a buď pacientovi vypíše recept, nebo jej pošle za příslušným specialistou.

Během doby se představa vylepšila: pacient nejdříve ani nikam nepůjde, teplotu i tlak si změří doma sám, protože to není žádný problém, a pak se posadí k počítači a zadá do něj své potíže. Ostatně společnost Microsoft už pro přesně stejnou situaci vyvinula zábavnější způsob vyšetření: na zdravotní problémy se pacienta vyptává animovaná postavička lékaře na počítačovém displeji.

Do běžné praxe v ordinacích se však nic takového zatím nedostalo. Lékaři stejně jako úředníci regulativních zdravotnických institucí jsou obvykle velice konzervativní. Při určování diagnózy jde o život a zdraví, takže opatrnost je namístě. „Počítač ještě pořád nedokáže člověka plně nahradit,“otevřeně hodnotil pro populárně-vědecký časopis New Scientist vý- zkumníkValentin Tablan z britské společnosti Ieso Digital Health, která zkoumá využívání umělé inteligence v medicíně.

Zdá se však, že by umělá inteligence už brzy mohla lékaři aspoň radit. Například pro počítačový programWatson hledají jeho tvůrci ze společnosti IBM různá uplatnění – Watson například umí vyhrávat soutěžní televizní kvízy, ale mohl by se hodit i v medicíně. Podle jedné ze zkoumaných představ by počítač mohl „poslouchat“rozhovor mezi pacientem a lékařem a současně prohledávat miliony digitalizovaných stran textu odborných publikací, v nichž se objevují použitá slova. Pak by lékaři nabídl možnou diagnózu i doporučil léčbu. Lékař dnes přece nemůže udržet v hlavě ani veškerou odbornou literaturu týkající se jeho specializace, natožpak všech souvisejících oborů. Počítač ano, a tak by mohl „napovídat“. Odpovědnost za rozhodnutí by však stále zůstávala na člověku.

Operace ve virtuální realitě

Podobně může dávat rady počítačový program, na němž společně pracovali výzkumníci ze společností Siemens a Synthes; druhá jmenovaná je jedním z největších výrobců kostních implantátů a patří do amerického koncernu Johnson & Johnson. Při léčení komplikovaných zlomenin ruky nebo nohy nestačí dát končetinu do sádry a v klidu počkat, až kosti samy srostou. V takovém případě se musí poškozená kost nebo její část operativně nahradit nebo vyztužit.

K tomu se používají umělé kostní implantáty nebo štěpy odebírané zpravidla ze stehenní kosti. Při operaci je pak ortopedové připojí na postižené místo. I když to jsou složité operace, lékaři mají na jejich přípravu k dispozici v podstatě jen rentgenové snímky. Postup operace, umístění implantátu a jeho přimontování si musí operatér připravit sám v hlavě nebo na papíře.

Zmíněný program však nabízí virtuální plánování celé operace. Počítač totiž sám ortopedovi nabídne z databáze vhodné implantáty pro konkrétní poškození. Přímo v plánovacím snímku na počítačové obrazovce pak může lékař rovnou upravit rozměry implantátu tak, aby padl co nejlépe.

Při hodnocení toho, kde už technika přebírá práci za lékaře, jsou matoucím příkladem robotické operace. V jejich provádění jsou na světové špičce čeští chirurgové: před pár dny se třeba v pražské Nemocnici Na Homolce uskutečnila čtyřstá operace pomocí amerického operačního robota da Vinci. Při ní lékaři pacientce se zúžením břišních tepen zlepšili krevní zásobování dolních končetin.

Stroj má čtyři pohyblivá ramena s chirurgickými nástroji a kamerou, která se malými otvory zavedou do těla. Ale po- zor: navzdory názvu „robot“neoperuje sám. Chirurgům vypomáhá, ale nenahrazuje je. Je to totiž člověk, kdo jej řídí pomocí joysticku, robotický systém pak eliminuje třes jeho ruky a vylepšuje chirurgův pohyb.

Teoreticky by toto zařízení mohlo přinést exkluzivní lékařskou péči i do vzdálené nemocnice. Jen si to představte: na operačním sále by ležel pacient, kolem něj lékařský tým a taky robot. Avšak přístroj by v klíčových okamžicích neřídil nikdo přímo na místě, nýbrž by jej z pracoviště třeba na druhém konci kontinentu ovládal špičkový chirurg – nejlepší specialista právě na potřebný typ zákroku. I tady však zatím zůstává u opatrných ověřovacích pokusů, nikomu se moc nechce riskovat, že vypadne internetové spojení a přístroj najednou zůstane bez obsluhy.

Strojové samostudium

Zato však medicínským technooptimistům dodává novou energii idea strojového učení. To je v podstatě schopnost počítače „učit se“sám z nových informací a na jejich základě upravovat svou činnost, aby byla efektivnější. Počítač přitom není přesně naprogramován na konkrétní řešení a ani jej při procesu učení přímo neřídí lidský programátor.

Právě strojové učení, používané už v řadě oblastí, zkoušejí informatici využít i vmedicíně. „Nakrmíte systémy umělé inteligence obrovským množstvím záznamů z lékařských databází o pacientech, kteří mají – dejme tomu – cukrovku nebo nádor plic. Výsledkem by mělo být, že program dokáže diagnostikovat tyto choroby přesněji než lékaři,“popisuje základnímyšlenku Pedro Domingos, profesor počítačových věd na Washingtonské univerzitě v Seattlu a autor knížky Řídicí algoritmus: Jak snaha o dokonalý učící se stroj přetvoří svět.

Názornou ukázkou může být systém umělé inteligence, který se svým týmem sestavil Sebastian Thrun z kalifornské Stanfordovy univerzity. „Nakrmil“jej 100 000 obrázků vad na kůži – od bodnu- tí hmyzem po kožní nádory. Systém si ze snímků vytvořil nějaké závěry, které Thrun poté otestoval na 14 000 jiných obrázků. Porovnáním s výsledky, k nimž dospěli lékaři a které byly ověřeny pomocí biopsií, pak stanfordští výzkumníci zjistili, že jejich systém z obrázku pozná kožní melanomy lépe než zkušení lékaři.

Podobné diagnostické programy založené na strojovém učení už v laboratorních podmínkách překonaly lékaře při správné diagnóze poškození oční sítnice u cukrovkářů (diabetické retinopatie). Umějí také rozpoznávat nádory na snímcích z výpočetní tomografie nebo magnetické rezonance, případně z údajů o celkovém zdraví předpovědět, kterým lidem hrozí srdeční infarkt.

Jedna z deseti lékařských diagnóz je mylná, tvrdí americká nezisková organizace Národní akademie medicíny. Což znamená, že pacient se pak léčí na nemoc, kterou vůbec nemá, a ta, již má, se zatím stupňuje. Pomoci by měl – kdo jiný – počítač.

Postup skrytý v černé skříňce

Až sem všechno vypadá docela optimisticky. Jak to tak ale bývá, i tady je háček. Některé systémy strojového učení dovolují, aby do nich programátoři nahlédli a sledovali, na základě jakých dat počítač vytváří své závěry. Jiné však fungují jako „černá skříňka“– jejich tvůrci vůbec nevědí, které prvky reality stroj pro své výsledky používá. Což může vést k blamáži.

Například Joshua Denny, specialista na medicínskou informatiku z Vanderbiltovy univerzity v americkém Tennessee, vytvořil systém strojového učení, jehož cílem bylo zjistit, zda je možné na základě elektronické zdravotní dokumentace pacientů najít ty z nich, kteří mají nádor tlustého střeva. Sestrojená umělá inteligence skutečně velmi úspěšně tyto nemocné nacházela.

„Fungovalo to výborně,“řekl Denny se smutkem v hlase americké reportérce Kayt Sukelové. Pak se však důkladně podíval, na základě jakých dat jeho systém pracuje. A zjistil, že stroj si – zcela správně – všiml, že pacienti s tímto nádorem jsou posíláni na specializované oddělení jedné konkrétní nemocnice. Takže i když byla při experimentu v datech o nemocném vynechána diagnóza, stroj snadno podle místa hospitalizace poznal, kdo má nádor tlustého střeva.

„Tohle je riziko každého systému založeného na ,černé skříňce‘, že se bude učit z dat, která nikdo nečeká a která nebudou stálá v čase,“připustil Joshua Denny.

V tuto chvíli tedy samoučící se systémy umělé inteligence nejsou v nemocnicích používány – s výjimkou experimentů, z nichž se však zatím neodvíjí opravdová léčba pacientů.

„Ale to se změní,“soudí informatik Eric Horvitz z Microsoftu. „Časem budeme určitě schopni systémy umělé inteligence dotáhnout mnohem dál. A pak už budou opravdu schopny radit lékařům při diagnostice i při určování nejvhodnější léčby.“

Nakrmíte systémy umělé inteligence záznamy z lékařských databází o pacientech. Program pak dokáže určit tyto choroby přesněji než lékaři.