世界上第一個(gè)人工智能癌癥專家IBM沃森

責(zé)任編輯:editor007

2015-07-08 21:01:42

摘自:Washingtonpost

雖然沃森在 MD Anderson 中心的正式名字早已是腫瘤學(xué)專家顧問(wèn),但在最開(kāi)始的時(shí)候,它也常會(huì)出一些小紕漏。最初,醫(yī)生必須手動(dòng)輸入他們認(rèn)為正確的治療方案和選擇該方案的原因來(lái)引導(dǎo)沃森學(xué)習(xí)。

在 MD Anderson 的白血病治療中心,Candida Vitale 和其他研究員剛相處幾個(gè)月,互相已非常熟絡(luò),因?yàn)樗麄兙艂€(gè)共用一個(gè)辦公室,而且總是在周末的時(shí)候一起加班,不過(guò)他們還不清楚其中的一位新成員究竟能干些什么。這位新成員的名字很拗口,同事們便干脆給了它一個(gè)綽號(hào):沃森 ( Watson)。有傳言,沃森已經(jīng)成功修完了兩年的醫(yī)學(xué)院課程,其內(nèi)部存儲(chǔ)著數(shù)以千萬(wàn)計(jì)的醫(yī)學(xué)雜志期刊和臨床試驗(yàn)影像。每當(dāng)晨間問(wèn)診的時(shí)候,資深教授會(huì)要求各位研究員總結(jié)病人的病歷,沃森似乎總能給出最好的答案?!肝曳浅5捏@訝」,31 歲的 Vitale 說(shuō),他曾在意大利獲取了醫(yī)學(xué)博士學(xué)位,「即使你通宵達(dá)旦地工作,也不可能(像沃森一樣)記住如此海量的信息」。

四年前,沃森在萬(wàn)眾矚目的益智問(wèn)答節(jié)目《Jeopardy!》中擊敗了許多人類對(duì)手。從那以后,它便開(kāi)始被推廣運(yùn)用到許多領(lǐng)域。它被安裝在運(yùn)營(yíng)商的呼叫中心或是酒店的禮賓部,有時(shí)還可以幫助客人智能選歌。它甚至還出版了一本 231 頁(yè)的菜譜,被稱為「創(chuàng)新食譜」(雖然這本菜譜接到了許多負(fù)面評(píng)論,曾有一則評(píng)論說(shuō)到按沃森的食譜做出的卷餅是他這輩子吃過(guò)最難吃的),但這些功能基本上只能算個(gè)營(yíng)銷噱頭。

IBM 現(xiàn)在正在訓(xùn)練沃森成為一位癌癥專家。初步的想法是利用沃森日益增進(jìn)的人工智能分析能力,通過(guò)對(duì)比疾病的治療歷史、遺傳數(shù)據(jù)、診療影像和表現(xiàn)癥狀為每位癌癥患者找到個(gè)性化的治療方案,相信其效果將遠(yuǎn)勝于簡(jiǎn)單的醫(yī)學(xué)知識(shí)診斷。在某種程度上,一組醫(yī)學(xué)人員通過(guò)幾周的研究分析還是很有可能做出精確的診斷的。而沃森則僅需幾分鐘就能提出治療建議。沃森已成為 IBM 幾個(gè)重點(diǎn)醫(yī)療研究項(xiàng)目之一,旨在通過(guò)篩選醫(yī)生的人工記錄和日常的醫(yī)療數(shù)據(jù),來(lái)建立不同的模型從而預(yù)測(cè)診療需求。這是革命性的醫(yī)療新方向,很有可能在社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、政治方面都帶來(lái)顯著的影響。

Lynda Chin(醫(yī)生、科學(xué)家、德州大學(xué)副校長(zhǎng)),在監(jiān)督視察 MD Anderson 癌癥中心的沃森項(xiàng)目時(shí)表示,這項(xiàng)研究可以說(shuō)是推廣醫(yī)療「民主化」進(jìn)程的關(guān)鍵,可以有力消除醫(yī)生資源分配不均而造成的不平等。「我認(rèn)為這類技術(shù)可以幫助我們擺脫目前受社區(qū)提供商限制的醫(yī)療保健系統(tǒng)。如果你想接受專家坐診,你就必須去特定的醫(yī)療中心」,她說(shuō),「但往往在社區(qū)內(nèi)這類資源總是非常有限的」,「相對(duì)于讓病人去找別的社區(qū)或城市的專家進(jìn)行遠(yuǎn)程問(wèn)診,然后復(fù)印和發(fā)送病例檔案過(guò)去,再等他們花無(wú)數(shù)個(gè)小時(shí)去研究醫(yī)學(xué)文獻(xiàn)來(lái)提出診斷建議,不如讓本地醫(yī)生直接去咨詢沃森」。
Jho Low,33 歲的億萬(wàn)富翁,畢業(yè)于賓夕法尼亞大學(xué)沃頓商學(xué)院,現(xiàn)正掌管著亞洲最成功的投資公司之一,為 MD Anderson 的這個(gè)項(xiàng)目捐助了五千萬(wàn)美元。他曾表示他之所以做這些努力是為了治愈遠(yuǎn)在馬來(lái)西亞生活的患有白血病的祖父。他說(shuō)他是幸運(yùn)的,能讓主治祖父的醫(yī)生與 MD Anderson 的專家遠(yuǎn)程協(xié)作來(lái)為祖父制定最佳的治療方案。他認(rèn)為每個(gè)人,無(wú)論貧富,都應(yīng)該有平等的獲取專業(yè)治療的權(quán)利。他說(shuō):「這個(gè)雖說(shuō)是我家的私事,但這真是我的親身經(jīng)歷,親眼看到了這一切所帶來(lái)的改變」。這類研究被慈善家和科技巨頭所推動(dòng), 深深的吸引了 Low 這樣的青年才俊,他們相信通過(guò)芯片、軟件程序、算法和大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的信息革命,可以診療乃至治愈人的身體。

但沃森和類似的項(xiàng)目也引起了人們的猜忌,或者說(shuō)是警惕。有人猜測(cè)某些企業(yè)正在想方設(shè)法用電腦系統(tǒng)來(lái)取代美國(guó)九十萬(wàn)的現(xiàn)行醫(yī)生,從而有機(jī)會(huì)掌控敏感的大眾個(gè)人健康信息。近些年,科技取代人工的爭(zhēng)論盛囂塵上,一些研究也助推了大眾對(duì)此的關(guān)注。在一篇由牛津大學(xué)的經(jīng)濟(jì)學(xué)家在 2013 年發(fā)表的文章中提到,美國(guó)已有 702 個(gè)職業(yè)已被自動(dòng)化或機(jī)器人化,占美國(guó)原有職業(yè)總數(shù)的 47%。文章認(rèn)為從律師助理到出租車司機(jī),都有可能在未來(lái)幾年內(nèi)消失。麻省理工學(xué)院的商科教授 Erik Brynjolfsson 和 Andrew McAfee 也做過(guò)類似的研究,他們認(rèn)為這一趨勢(shì)正在加速,我們現(xiàn)在正處于「第二次機(jī)器革命」的黎明時(shí)期。

已有科學(xué)家在嘗試讓機(jī)器人來(lái)做糕點(diǎn),甚至在開(kāi)發(fā)機(jī)器人數(shù)學(xué)老師和麻醉師。許多醫(yī)生和醫(yī)學(xué)學(xué)者也因此潮流而紛紛預(yù)約前來(lái)參觀沃森的工作,盡管 IBM 已作出官方的保證不會(huì)用沃森替代人類,只會(huì)培養(yǎng)它協(xié)助人們更好的工作?!负芴孤实卣f(shuō),我認(rèn)為很多醫(yī)學(xué)人士往往會(huì)很懼怕這樣的技術(shù)」,Iltifat Husain,來(lái)自 Wake Forest 醫(yī)學(xué)院的助理教授說(shuō)。他在 Wake Forest 學(xué)校主講移動(dòng) app 課程,他認(rèn)為像沃森一樣的機(jī)器人系統(tǒng)可以極大地提高患者的護(hù)理質(zhì)量。但他也強(qiáng)調(diào)計(jì)算機(jī)永遠(yuǎn)不會(huì)取代人類醫(yī)生,原因很簡(jiǎn)單,計(jì)算機(jī)是不具備本能和同情心的。「很多時(shí)候病人并不會(huì)給你完整的描述,但你可以通過(guò)觀察他們?nèi)绾闻c家人互動(dòng),他們的心情、舉止來(lái)推斷他們的病況。你并不需要對(duì)病人做全方位的數(shù)據(jù)分析」,他說(shuō),「這就是計(jì)算機(jī)不如你的地方?!?/p>

沃森的革新

沃森這個(gè)名字來(lái)源于 IBM 的創(chuàng)始人托馬斯 沃森。不負(fù)此名,沃森的設(shè)計(jì)相比于 IBM 先前的超級(jí)計(jì)算機(jī)「深藍(lán)」有了很大地飛躍。深藍(lán)曾在 1997 年的一場(chǎng)為期三天的人機(jī)對(duì)抗賽中擊敗了國(guó)際象棋大師加里 卡斯帕羅夫。它有著極強(qiáng)的計(jì)算能力,每秒能分析 200 萬(wàn)個(gè)場(chǎng)景,這種計(jì)算能力可以被應(yīng)用到復(fù)雜的股市建模中,也可以為新藥做分子層面上的潛力排名。但這個(gè)系統(tǒng)也有局限性,它只能模擬人類的基本生活技能,卻不能識(shí)別人類的語(yǔ)言或其他非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)。就像莎士比亞戲劇中所講的:當(dāng)提到數(shù)據(jù),世界便是一片混亂。所以說(shuō)深藍(lán)的能力是有限的。(譯者注:深藍(lán)是美國(guó) IBM 公司生產(chǎn)的一臺(tái)超級(jí)國(guó)際象棋電腦,有 32 個(gè)微處理器,每秒鐘可以計(jì)算 2 億步。)

因此在最初設(shè)計(jì)沃森的時(shí)候科學(xué)家們就希望它能更加人性化。首要任務(wù)是要賦予沃森閱讀和理解自然語(yǔ)言的能力。他們給沃森設(shè)定了假設(shè)、定位和分析證據(jù)的思維來(lái)讓它能夠自如的表達(dá)支持或反對(duì)。就像人的大腦一樣,隨著時(shí)間的推移沃森可以從成功和失敗的例子中或是用戶的反饋中不斷學(xué)習(xí)從而變得更聰明。

圖注:2011 年,沃森在哥倫比亞廣播公司的著名的游戲節(jié)目《Jeopardy!》上名聲大噪,曾保持了該節(jié)目最長(zhǎng)獲勝記錄,擊敗了各路人類大神,其中包括上圖左邊的答題高手 Ken Hennings。

沃森在不斷的進(jìn)步

最初,沃森的知識(shí)僅限于《Jeopardy!》節(jié)目里的游戲選項(xiàng)。自從 2011 年 2 月在全國(guó)電視上亮相后,沃森便開(kāi)始裝載成千上萬(wàn)的文史資料、新聞報(bào)道和科學(xué)雜志報(bào)告,以及幾百個(gè)全國(guó)范圍內(nèi)的研究人員和醫(yī)生輸入的診療信息。這些專家也會(huì)審查沃森給出的方案,告訴它哪些是對(duì)的哪些是錯(cuò)的,并給它指明那種信息來(lái)源更可靠。

不同于人類的大腦可以分心、迷惑或受到啟發(fā),沃森并不是一個(gè)創(chuàng)造性的思想家,而是非常理性的。它更多的是著眼于在各種各樣的數(shù)據(jù)中找到其中的聯(lián)系并分析出每種方案的可行性,再把最棒的診療建議呈現(xiàn)給用戶。

Rob Merkel,IBM 沃森醫(yī)學(xué)研究組組長(zhǎng),他表示從公司的研究中可得出,一個(gè)人在一生中能產(chǎn)生一百萬(wàn) GB 與健康有關(guān)的數(shù)據(jù),這相當(dāng)于 300 萬(wàn)冊(cè)書(shū)的信息量?!改憧梢詽撘颇呐c它融合到一種境界」,Merkel 說(shuō),這就是沃森創(chuàng)造的「機(jī)器與人之間的智慧集結(jié)」?!肝覀儾惶岢梦稚娲t(yī)師」,他解釋說(shuō),「我們希望讓沃森幫醫(yī)師做大量的閱讀并為他們提供及時(shí)的反饋」。

最原始的沃森是一堆超級(jí)計(jì)算機(jī)的集群,總占地有主臥室那么大?,F(xiàn)在其已逐步微小化,尺寸僅相當(dāng)于三個(gè)披薩餅盒子的大小,在 IBM 合作伙伴的機(jī)房里隨處都可以見(jiàn)到它。IBM 對(duì)沃森項(xiàng)目非常有信心,2014 年 1 月該公司宣布將在該項(xiàng)目上追投 10 億美元,并為此增設(shè)一個(gè)獨(dú)立部門(mén)。從那以后,IBM 便將沃森作為重點(diǎn)發(fā)展項(xiàng)目,并表示將聯(lián)合至少 2000 名執(zhí)業(yè)醫(yī)師、臨床醫(yī)師、開(kāi)發(fā)商和研究人員為此做出努力。同時(shí)將與蘋(píng)果、強(qiáng)生和美敦力等公司合作收集更多患者同意提供的信息。法國(guó)農(nóng)業(yè)信貸銀行預(yù)測(cè),2018 年 IBM 將有高達(dá) 12%的總收入來(lái)自沃森的相關(guān)產(chǎn)品,其中一大塊將是使用費(fèi)或通過(guò)訂閱其專業(yè)知識(shí)所收取的顧問(wèn)費(fèi)。

沃森正在成為最先進(jìn)的癌癥研究方式
其中最雄心勃勃的一個(gè)項(xiàng)目是在 14 家來(lái)自美國(guó)和加拿大的癌癥治療機(jī)構(gòu)將開(kāi)始部署沃森計(jì)算機(jī)系統(tǒng),該套系統(tǒng)將可以根據(jù)病人腫瘤的基因指紋選擇出適合的治療方案。醫(yī)生們?cè)缫阎烙捎诨虻牟煌?,同樣的治療方案可能并不適合所有的病患。但定位突變的基因和匹配可能的治療方案所需要的成本和操作的復(fù)雜性遠(yuǎn)比想象的大的多。該服務(wù)有望于今年晚些時(shí)候推出。

與此同時(shí),沃森也在繼續(xù)接受癌癥專家的實(shí)地培訓(xùn)。早在 2011 年 IBM 公司就宣布,沃森的學(xué)識(shí)已經(jīng)相當(dāng)于一個(gè)醫(yī)學(xué)院二年級(jí)的學(xué)生。從那時(shí)起,該系統(tǒng)便進(jìn)駐了一些國(guó)家的頂尖級(jí)癌癥中心,其中包括紐約的 Memorial Sloan Kettering 中心和 Cleveland 診所。當(dāng)年 9 月下旬,沃森又取得了一個(gè)里程碑式的進(jìn)步:他在 MD Anderson 得到了一個(gè)白血病研究員職位。來(lái)自 Michael Stravato 在華盛頓郵報(bào)的報(bào)道中提到,沃森已是休斯敦 MD Anderson 白血病治療中心正式的腫瘤學(xué)專家顧問(wèn)?,F(xiàn)在它可以輕松的合成一個(gè)病人的病史,提供一組建議治療方法并分析出各種方法的可行性概率。

醫(yī)學(xué)界的一場(chǎng)革命

要?jiǎng)?chuàng)造世界上第一個(gè)人工智能癌癥專家需要從處理技術(shù)含量非常低的紙質(zhì)文件開(kāi)始。MD Anderson 和 IBM 的團(tuán)隊(duì)花了幾個(gè)月的時(shí)間將過(guò)去幾年內(nèi)每一個(gè)接受治療的白血病病患的名字、年齡和性別以及藥物治療情況、實(shí)驗(yàn)室測(cè)試結(jié)果、醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)和醫(yī)生筆記輸入到沃森計(jì)算機(jī)中。如今在記錄里針對(duì)白血病這一種疾病已有幾十種不同的治療方法,包括高劑量化療及免疫療法。到底選擇哪一種方法對(duì)于醫(yī)生來(lái)說(shuō)經(jīng)常是非常棘手的問(wèn)題。
雖然沃森在 MD Anderson 中心的正式名字早已是腫瘤學(xué)專家顧問(wèn),但在最開(kāi)始的時(shí)候,它也常會(huì)出一些小紕漏。它有時(shí)不能分辨醫(yī)生筆記里面的「Cold」一詞是溫度上的冷還是感冒的意思?;?T2 指的是一種核磁共振成像(MRI)的類型還是指癌癥的某個(gè)階段。因此,每個(gè)患者的記錄最后還是需要人工驗(yàn)證。

此外,沃森的建議有時(shí)候會(huì)有點(diǎn)古怪?!府?dāng)我們啟動(dòng)這個(gè)項(xiàng)目的時(shí)候,它就像一個(gè)小寶寶」,白血病治療中心的 Tapan M. Kadia 說(shuō),「你輸入一個(gè)診斷結(jié)果,它只會(huì)返回一個(gè)隨機(jī)的治療建議」。原來(lái),要讓機(jī)器去做一些人類認(rèn)為理所當(dāng)然的事情是非常困難的。就像谷歌曾花費(fèi)了一年的時(shí)間教計(jì)算機(jī)去識(shí)別 Youtube 上的喵星人。

最初,醫(yī)生必須手動(dòng)輸入他們認(rèn)為正確的治療方案和選擇該方案的原因來(lái)引導(dǎo)沃森學(xué)習(xí)。他們還精心挑選了以往的重點(diǎn)期刊文章來(lái)讓沃森參考,并授權(quán)它接收一些新發(fā)表的醫(yī)學(xué)資料。十月的時(shí)候,該團(tuán)隊(duì)決定讓沃森投入正式的研究工作。Koichi Takahashi 去年曾被評(píng)為優(yōu)秀研究員,他被任命與沃森一起開(kāi)展白血病研究。至今為止,沃森的工作讓他印象深刻。沃森合成病人病史的能力是「非常驚人的」,Koichi 說(shuō),「在它面前,我算是完敗了」。

沃森也給 Kadia 醫(yī)生帶來(lái)不少驚喜。他說(shuō):「我們經(jīng)常會(huì)(因?yàn)槲稚谋憩F(xiàn)) 感嘆『事情不應(yīng)該是這樣的啊』,或是驚訝于『為什么我沒(méi)有想到這點(diǎn)呢』,雖然我們不愿意承認(rèn),但它確實(shí)發(fā)生了」。

Vitale 在意大利學(xué)習(xí)血液學(xué),起初她認(rèn)為在醫(yī)學(xué)課上學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)程序并與之交流非常奇怪。但現(xiàn)在她已能與沃森自如地配合。她經(jīng)常通過(guò)輸入引用語(yǔ)句和突出重點(diǎn)段落來(lái)帶領(lǐng)沃森閱讀有用的期刊文章,沃森則可以幫助她更快的了解病人的病歷?!肝覀?nèi)栽趯W(xué)習(xí)互相信任」,她說(shuō)。

一天下午,在 MD Anderson,Vitale 坐在 Kadia 教授對(duì)面的桌上用沃森研究病人的文件。當(dāng)病人的血樣數(shù)據(jù)顯示出來(lái)的時(shí)候,Kadia 皺起了眉頭。Shamira Davis,23 歲,是 Kaida 以前的一個(gè)病人。兩年前她被送到了重癥監(jiān)護(hù)室,不停地出血,瀕臨死亡。這位全職媽媽當(dāng)時(shí)被確診為白血病,Kadia 幫她做了化療和骨髓移植。她從那時(shí)起一直都很好。但現(xiàn)在看來(lái)她的癌癥已復(fù)發(fā)了。

Vitale 一直跟隨著 Kadia 學(xué)習(xí),在研究 Davis 的背景時(shí)也學(xué)會(huì)了去問(wèn)沃森有什么想法。當(dāng)問(wèn)到 Davis 的情況的時(shí)候,一條長(zhǎng)長(zhǎng)的選項(xiàng)清單出現(xiàn)在屏幕上。像人類醫(yī)生一樣,沃森不會(huì)提出非黑即白的建議。相反,它提供了一系列可行性方案和相應(yīng)的成功概率。針對(duì) Davis 的案例,沃森提出了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的治療方法以及幾個(gè)臨床試驗(yàn)中有著高成功率的方案。Kadia 看了一下推薦清單,然后他用直覺(jué)做出了選擇。他最近也一直在和同事討論一個(gè)新的臨床試驗(yàn)化療療程,他認(rèn)為這是 Davis 的最佳機(jī)會(huì)。

幾分鐘后,當(dāng) Davis 被告知,她的醫(yī)生向《Jeopardy!》節(jié)目的冠軍咨詢了她的情況,她很感興趣。但不知道她是否會(huì)接受電腦給出的診療建議?沒(méi)想到 Davis 很給力,絲毫沒(méi)有猶豫的說(shuō)到:「我相信 Kadia 博士」。

MD Anderson 的白血病專家 Guillermo Garcia-Manero 則表示,有時(shí)候他不會(huì)采用沃森的建議,他并不是指沃森有錯(cuò),而是認(rèn)為沃森仍需要學(xué)習(xí)?!覆⒉皇钦f(shuō)我們都如卡斯帕羅夫一樣厲害,但這里的醫(yī)生都是專家,沃森仍然需要一些時(shí)間來(lái)向他們學(xué)習(xí)」,他說(shuō),在未來(lái),沃森將成為一個(gè)夢(mèng)幻般的助手,即使是職業(yè)選手也會(huì)需要它」。當(dāng)然,即使是卡斯帕羅夫,也會(huì)被電腦戰(zhàn)勝。電腦有它的優(yōu)勢(shì),Garcia-Manero 說(shuō),他們可以認(rèn)準(zhǔn)一個(gè)觀點(diǎn),不會(huì)被任何診斷偏見(jiàn)所影響:「計(jì)算機(jī)不會(huì)對(duì)研究偷工減料,人類經(jīng)常偷工減料」。MD Anderson 和德州大學(xué)的領(lǐng)導(dǎo)對(duì)沃森診療白血病的情況一直非常滿意,他們正準(zhǔn)備訓(xùn)練它投身于其他兩個(gè)專業(yè):肺癌和糖尿病。

「他們不斷告訴我,它并不會(huì)取代我」,Garcia-Manero 說(shuō),「但我敢肯定在未來(lái)它將會(huì)代替我。」

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