Кремниевый анестезиолог готовится присоединиться к кремниевому онкологу
О том, что кремниевый онколог IBM Watson диагностирует рак лёгких и назначает лечение точнее, чем «белковые» медики, мы уже писали (Дети Ватсона). То есть, искусственный интеллект уже выполняет высококвалифицированную работу лучше, чем высокооплачиваемый медик. А оплата действительно высока – в США онколог в 2011 году имел в $295000 в год. Но анестезиологи в США оплачиваемы ещё выше – их в 2011 году составило $309000 в год. А вот теперь компьютер готов принять на себя ряд функций анестезиолога, причём в самых сложных случаях…
Есть такое состояние организма – кома. Старые бумажные справочники определяли его как «бессознательное состояние с глубоким торможением функций коры и подкорковых структур головного мозга, проявляющимся расстройством рефлекторной деятельности, кровообращения и дыхания». Состояние очень опасное, поскольку при нем нарушается функционирование коры головного мозга, того «железа», функционирование которого собственно и делает нас нами. Но вот это самое состояние медики используют в качестве лечебного средства, в случае серьезных повреждений головного мозга.
Если говорить не по медицински (врачи, будем надеяться, выскажутся в комментариях), а по инженерному, дело обстоит так. Мозг, как и многие другие органы организма, способен к самовосстановлению. Но мозг – машина не только информационная, но и тепловая. Потребляющая примерно четверть энергии организма. А при интенсивной умственной работе – скажем, при заучивании текстов – энергозатраты ещё больше . Так и медики, помогая мозгу восстанавливать самому себя, переводят его в режим минимального энергопотребления, больше ресурсов оставляя саморемонту.
Это делается введением организма в искусственную кому (Medically-induced coma), обычно с помощью барбитуратов. Ну, точно так же, как и любой инженер, которому предстоит ремонтировать систему «на ходу» (такое бывает, скажем, у энергетиков, у рефрижераторщиков) постарается вывести её на минимальные режимы. А системы, и инженерные, и биологические, подчинены в материальном мире одним и тем же законам. Не зря же великая книга Винера называлась «Кибернетика, или Управление и связь в животном и машине». Ну а мелкие дозы ядов медики традиционно использовали в качестве лекарств.
Так что, искусственная кома рассматривается как один из видов наркоза. Наркоза самого глубокого, даже говорят об «экстремальном наркозе». Ведь выключается самое важное – кора головного мозга – которую организм при естественном ходе событий до последнего пытается поддержать в рабочем состоянии, отдавая ей последние ресурсы. И медикаментозная кома – в отличие от сравнительно краткосрочного наркоза при операциях – поддерживается очень долго, дни , а то и недели – стандартный срок… Анестезиолог же и при нескольких часах серьёзной операции выкладывается до предела, не хуже хирурга…
И вот сейчас идёт интенсивная подготовка к тому, чтобы передать заметную часть работы анестезиолога при введении в медикаментозную кому и поддержании её, компьютеру. Об этом рассказано в статье из журнала PLoS Computational Biology «Человеко-машинный интерфейс для управления медикаментозной комой», , написанной группой учёных под руководством Эмери Брауна (Emery N. Brown), исследователя-нейролога из Массачусетского Технологического Института и, одновременно, нейрохирурга из Massachusetts General Hospital.
Для управления процессом искусственной комы, введения в неё, поддержания на заданной глубине и в течение должного времени, а потом и безопасного выведения из неё, применён базовый принцип автоматического управления и кибернетики – обратная связь. Управление подачей медикаментов, Infusion Rate, осуществляется на основании EEG Signal, данных о состоянии головного мозга, получаемых от электроэнцефалографа. Прибора, позволяющего фиксировать эдс долей и областей мозга, от единиц до десятков микровольт, частотой от нескольких до нескольких десятков герц.
Электроэнцефалографы очень стары, восходят к приборам на катодных лампах и фиксацией результатов шлейфными осциллографами. Но – для обратной связи были выбраны именно они, а не более современные томографы. Дело в том, что энцефалографы показывают ритмы мозга – а каждый, кому довелось выполнить некоторое число лабораторных по теории автоматического регулирования знает, насколько важны для любой системы её колебания, и собственные и вынужденные. Ведь еще в 3-м издании БСЭ было напечатано, что «Запись ЭЭГ во время операции помогает следить за состоянием больного и строго регулировать глубину наркоза». И, там же «Точный автоматический анализ ЭЭГ при помощи ЭВМ открывает новые перспективные возможности перед Э[лектроэнцефалографией]».
Сигнал ЭЭГ фильтруется, сначала обычными методами, с последующей оцифровкой, потом Байесовской стохастической фильтрацией. Теорема, выведенная преподобным Томасом Байесом в середине восемнадцатого века очень важна для описания вероятностных процессов. Она позволяет определить вероятность случайного события при условии, что произошло другое, статистически связанное с ним событие. Её, скажем, используют фильтры спама, знающие, что если со случайного адреса пришло нигерийское «письмо счастья», то вероятность получения с него же чего-либо полезного рушится к нулю…
Так вот, байесовская оценка функционирования головного мозга, полученная на основе обработки оцифрованных электроэнцефалограмм, сравнивается с целевой функцией желаемого состояния головного мозга. Будь то при вводе в кому, при поддержании её, и при выводе из этого крайне рискованного состояния. Разница оценки с ЭЭГ и заданной функции как раз и служит основанием для включения насоса или насосов, подающего лекарства, варьирующего их состав. Повторим ещё раз – ритмы мозга используются потому, что их анализ позволяет очень много узнать о состоянии мозга. Ну, давайте вспомним, как в самых разных отраслях используется Фурье-анализ.
И вот к такой работе компьютерный анестезиолог приспособлен лучше, чем человек. Дело в том, что у нас в мозгу нет ни фильтра для ЭЭГ, ни вычислителя рекурсивных байесовских функций. То есть – для расшифровки энцефалограммы человеку нужен либо дополнительный инструмент (тоже компьютерный), либо накопленный долгими годами практики опыт. Ну а в программное обеспечение эти знания закладываются изначально. И потом – человек устаёт, при этом растёт вероятность ошибок. Вспомним зарплату анестезиолога, с которой мы начали. И вспомним продолжительности искусственной комы. Лечение недешевое получается, для многих недоступное.
Делить анестезиолога между пациентами? Так каждому достанется меньше внимания… И возрастет вероятность ошибок… Так что технология, работоспособность которой продемонстрирована на крысах, может оказаться в высшей степени полезной. Правда, Марка Ньюмана (Mark F. Newman), заведующего отделением анестезиологии Университета Дьюка, к петле регулирования ЭЭГ необходимо добавить контуры, следящие за работой сердца и почек. И тогда работу анестезиолога сможет исполнять сестра реанимационного отделения, а лечение медикаментозной комой станет более безопасным и эффективным.
Китай готовится к запуску новой миссии на свою орбитальную космическую станцию
