ИИ за болестта на Алцхаймер
Болестта на Алцхаймер е един от най-трудните нерешени проблеми в медицината и един от най-опустошителните. Тя отнема живота на милиони хора, налага огромно бреме върху семействата и все още остава неподвластна на голяма част от възможностите на съвременната медицина. Във фондация OpenAI искаме да променим това, като използваме усъвършенстван изкуствен интелект, за да ускорим науката за превенция и лечение на болестта.1 Като първа стъпка този месец работим по финализирането на субсидии на стойност над 100 милиона щатски долара, разпределени между шест изследователски институции, за да подкрепим и ускорим изследванията на болестта на Алцхаймер – чрез генериране на нови данни, подпомагане на разработването на нови лекарства и разширяване на възможните пътища за намиране на лечение.
Тези субсидии представляват началото на нашата работа. Има още много да се направи. Очакваме да отпуснем допълнителни субсидии за лечение на болестта на Алцхаймер през 2026 г. и след това на още учени и изследователски институции, за да можем окончателно да предотвратим и лекуваме болестта на Алцхаймер.
Защо се фокусираме върху болестта на Алцхаймер?
Нашата мисия е да гарантираме, че изкуственият общ интелект (AGI) ще бъде от полза за цялото човечество. Болестта на Алцхаймер е огромен проблем, той се задълбочава с остаряването на населението, а сложността на заболяването го прави подходящо за ИИ.
Болестта на Алцхаймер засяга не само милионите хора, диагностицирани с това заболяване, но и техните съпрузи, деца и други хора, които ги подкрепят и полагат грижи за тях. Заболяването оказва огромно емоционално и финансово натоварване върху семействата.
През последните няколко десетилетия човечеството постигна напредък срещу три от четирите основни причинители на смърт — сърдечните заболявания, инфекциозните болести и някои видове рак, като намали риска от смърт във всяка възраст:
Стандартизирана по възраст смъртност на 100 000 души в световен мащаб за три основни причинители на смърт (IHME)
Въпреки това разработването на ефективни лечения за четвъртия голям убиец — невродегенеративните заболявания като болестта на Алцхаймер — досега до голяма степен се оказва неразрешима задача, въпреки усилията на най-добрите учени на човечеството:
Стандартизирана по възраст смъртност в световен мащаб за болестта на Алцхаймер (IHME)
Това е така, защото изглежда, че болестта на Алцхаймер не се дължи на една-единствена причина, а на взаимодействието между генетични рискови фактори, неправилното нагъване на белтъците, възпалението, синаптичната дисфункция и други — които взаимодействат с факторите на околната среда в продължение на десетилетия, като всичко това се развива в мозъка — орган, който е труден за изследване и до който е трудно да се доставят лекарства. Традиционните изследователски подходи се затрудняват да разберат това.
Изкуственият интелект е уникално подходящ за справяне с тази сложност. Способността му да анализира различни видове данни — като клинични симптоми на пациенти, биологични маркери на заболявания, скрининг на кандидати за изследване на лекарства и други — предлага напълно нов начин за разбиране на взаимодействието между тези фактори, идентифициране на подходящи цели за лекарства и диагностициране на рискове, които могат да бъдат адресирани десетилетия по-рано.
Нашата цел е да помогнем на учените да създадат нови инструменти, за да предотвратяват и лекуват най-накрая болестта на Алцхаймер. Тъй като досега тази цел беше толкова трудна за постигане, ние я разглеждаме като ясен тест за способността на ИИ да промени границите на възможното в човешкото здраве. Стремим се да направим значима промяна за хората, изложени на риск от болестта на Алцхаймер, и техните семейства.
Нашият първоначален подход
Благодарим за подкрепата, която получихме от външни научни рецензенти, които допринесоха за оформянето на нашите първоначални стратегии. Макар да сме изключително въодушевени от всяка една от тези области на дарителската дейност, не очакваме да постигнем целта си за превенция и лечение на болестта на Алцхаймер внезапно. Някои експерименти ще дадат отрицателни резултати, а по пътя ще има и неуспехи. Такава е природата на науката — ние ще се учим възможно най-бързо, като актуализираме подхода си в зависимост от получените резултати.
Като начало имаме първоначални хипотези за това как можем да подкрепим изследователската екосистема по начин, който допълва съществуващите усилия и използва новите възможности, които ИИ предлага. Заедно това създава „петслоен модел“ от дейности във водещи изследователски институции:
1. Създаване на „причинно-следствена карта“ на болестта на Алцхаймер с помощта на ИИ, за валидиране на целите за интервенция. Сега изглежда ясно, че има много причинни фактори за болестта на Алцхаймер, а не само един. Това предполага, че трябва да картографираме цялата мрежа от причинни фактори, за да идентифицираме най-ефективните възли за терапевтична интервенция при различните хора. Като си сътрудничим с изследователи в авангарден ИИ в биологията, като Института „Арк“, се стремим да разберем как моделните мозъчни „органоиди“ реагират на различни комбинации от генетични рискови фактори и рискови фактори на околната среда. Такива широкомащабни експериментални данни могат да се използват за обучение на модели с ИИ, които служат за предоставяне на информация за бъдещи експерименти. С този хибриден механизъм изследователите могат да споделят своите открития по време на работа, така че други да надграждат върху тях, и да предлагат механично обосновани лекарствени цели за по-нататъшно тестване.
Членове на екипа на Инициативата за болестта на Алцхаймер на Института „Арк“ (от ляво на дясно: Лорена Сааведра, Нианжен Ли, Дейв Бърк, Тони Хуа, Силвана Конерман, Дара Лето, Патрик Хсу, Меган ван Овербеек, Кристен Сейм). Авторско право: Реймънд Рудолф.
Болестта на Алцхаймер се поддава трудно на лечение отчасти защото е типично комплексно заболяване. Това е резултат от стотици генетични и екологични рискови фактори, които взаимодействат между различни клетъчни типове в продължение на десетилетия. В „Арк“ изграждаме експериментални и изчислителни технологии за действително съпоставяне на тези взаимодействия в голям мащаб.
Искаме да открием въздействия, които могат да „щракнат“ и „плъзнат“ клетка от болестно състояние обратно към здравословно. За да направим това, изпълняваме цикъл на активно обучение: систематично въздействаме върху модели на човешка тъкан, водени от данни за пациенти, измерваме какво се случва и използваме резултатите, за да подобряваме итеративно нашите модели с ИИ за болестта на Алцхаймер. Всеки цикъл ни дава по-ясна причинно-следствена картина за това къде се пресичат механизмите на заболяването и къде да се намесим.
2. Разработване на нови лекарства с помощта на изкуствен интелект и тестването им в лаборатория – със сътрудници като Института за дизайн на протеини, заедно с водещи невролози и невроучени от Института по невронауки „Мас Дженерал Бригам“. От 2000 г. насам над 100 лекарства за болестта на Алцхаймер са тествани в клинични проучвания, но почти всички не са дали резултат или са имали нежелани странични ефекти. Вярваме, че молекулите, проектирани с помощта на инструменти с изкуствен интелект за биология, ще имат по-голяма вероятност за успех с течение на времето. Но за да се установи дали това е вярно, изследователите първо трябва да могат да валидират своите дигитални разработки в клетки, тъкани и животни.
В Института за дизайн на протеини към UW Medicine сме ангажирани с изграждането на съвместни процеси, насочени към постигането на възможно най-голямо положително въздействие върху глобалното благосъстояние. С помощта на нашите най-нови модели за проектиране на протеини, базирани на изкуствен интелект, успешно създадохме молекули, които се свързват, модифицират и разграждат цели, които са от решаващо значение за прогресирането на болестта на Алцхаймер. Разширяването, усъвършенстването и споделянето на този набор от инструменти с невроучени, които могат да прилагат проектираните от нас протеини, за да прогнозират и преодоляват невродегенерацията, е сред най-важните ни приоритети.
3. Подкрепа за отворени набори от данни за прогнозиране на активността на лекарствата и проследяване на развитието на заболяването със и без интервенция. Това включва създаването на нови отворени набори от данни, свързани с болестта на Алцхаймер, с организации с нестопанска цел като Организацията за фокусирани изследвания EvE Bio. Това включва също така подкрепа за разширяването на съществуващи надлъжни и епидемиологични набори от данни, както и възможности за отговорно отваряне на съществуващи набори от данни, събрани от биотехнологични компании, които могат да бъдат от полза за всички изследователи.
Микродозиране на съединения в готови за анализ плаки за количествен скрининг с висока производителност и профилиране на цели. Източник: EvE Bio.
4. Установяване на нови биомаркери за заболявания, подобряване на диагностиката и начина на провеждане на клиничните изпитвания с партньори като UCSF. Одобрението на първия кръвен тест за болестта на Алцхаймер миналата година дава на лекарите специалисти повече инструменти, за да оценяват състоянието на пациента по по-малко инвазивен начин. Кръвта и други биомаркери също дават на изследователите възможност да измерват какъв ефект могат да имат лекарствата върху прогресирането на заболяването в клинични изпитвания, включително като вторични показатели в изпитвания, насочени основно към друго заболяване (както е показано в това скорошно изпитване за сърдечно-съдови заболявания). Сега, когато ИИ може да осмисля по-сложни биологични сигнали, има повече възможности да се постигне напредък с модерната протеомика и други проби, взети от пациенти.
Болестта на Алцхаймер остава едно от най-неотложните предизвикателства в медицината, а напредъкът зависи от свързването на научните открития с грижата за нашите пациенти. Това сътрудничество ни дава възможност да свържем водещите световни усилия — от напредъка в проектирането на протеини до задълбочените клинични и биологични прозрения тук, в UCSF — за да разберем по-добре заболяването и да идентифицираме нови пътища към лечението. С помощта на изкуствения интелект, който ни помага да интегрираме тези прозрения и да осмислим огромната сложност, имаме възможност да ускорим откритията, които могат да променят значително живота на пациентите.
5. Тестване на непатентовани лечения и използване на изкуствен интелект, за да се извлече максимално точна информация от анонимизираните данни и опита на пациентите, споделен онлайн. Съществуват редица интервенции, за които има предполагаеми данни за ефект – например литиев оротат и непатентованата ваксина срещу херпес зостер – но за тях са необходими допълнителни висококачествени доказателства и частният сектор няма стимул да финансира клинични изпитвания.
Надеждата ми е, че способността на физиологичната доза литиев оротат да обърне патологията и да възстанови паметта при модели на мишки с болестта на Алцхаймер ще се пренесе и върху застаряващото човешко население. Литият е това, което задвижва телефоните, лаптопите и електрическите превозни средства. Моето предположение е, че мозъкът може да е използвал своята уникална електрохимия преди нас.
Итеративно учене
Ще напредваме и по петте направления едновременно, за да допълним останалите усилия в изследователската екосистема. Очакваме да допълним съществуващите си подходи с получаването на допълнителна обратна връзка от изследователската общност, за да можем заедно да установим как да предотвратяваме и лекуваме болестта на Алцхаймер.
Като се изправяме директно срещу болестта на Алцхаймер, целта ни е не само да помогнем за промяната на хода на това заболяване, но и да изградим инструменти и знания, които могат да ускорят напредъка и срещу много други.
* * *
Ако желаете да получавате актуална информация от OpenAI Foundation, моля, абонирайте се тук. Ако искате да се свържете с нашия екип „Науки за живота и лечение на заболявания“, можете да се свържете с нас на [email protected].
Освен академични статии, четем с благодарност и доклади, задълбочени статии и публикации в блогове за ИИ и наука. Макар да не сме съгласни с всички твърдения в тези материали, сред тях са този доклад на „National Academies“, тази обзорна статия за разработваните лекарства за болестта на Алцхаймер, обобщения на медицинския напредък на високо ниво като този материал за нивата на смъртност от сърдечно-съдови заболявания, тази публикация в блога Science за трудностите пред ИИ при постигането на напредък в медицината, както и тази идея на „IFP“ за клинични данни.
Насърчаваме Ви да публикувате анализи публично и да ни изпратите връзка по имейл, ако смятате, че бихме могли да се възползваме от Вашата гледна точка.
Бележки под линия
- 1
По-конкретно поставяме фокус върху болестта на Алцхаймер и свързаните с нея разстройства – болестта на Алцхаймер често се проявява заедно с други форми на деменция.