Искусственный интеллект в борьбе с COVID-19

Введение

События, произошедшие в начале 2020 года, потрясли не только Россию, но и весь мир. Одно из таких – вспышка COVID-19 [1] (ранее коронавирусная инфекция 2019-nCoV [2]). Возбудитель данного заболевания РНК-вирус SARS-CoV-2.  Хоть данное заболевание и имеет уровень смертности в среднем 1,29% [3], но из-за осложнений, которые могут быть вызваны этой инфекцией, на повседневную жизнь накладываются некоторые ограничения, что влекут за собой осложнения в мировой экономике. Для регулировки пандемии нужно как минимум знать текущие и будущие масштабы распространения болезни, а как максимум – создать возможность для быстрой диагностики и лечения. Для того, чтобы решить некоторые из задач можно прибегнуть к IT-технологиям.

Искусственный интеллект и COVID-19.

Одним из самых ярких примеров в борьбе с заболеванием является использование возможностей искусственного интеллекта и машинного обучения. Данные технологии могут легко отслеживать распространение этого вируса, выявлять пациентов с высоким риском, а также они полезны для контроля этой инфекции в режиме реального времени. Они также могут прогнозировать риск смертности, адекватно анализируя предыдущие данные пациентов. Искусственного интеллект может помочь нам бороться с этим вирусом путем скрининга населения, медицинской помощи, уведомления и предложений о контроле инфекции.

Итого мы имеем шесть областей, где искусственный интеллект может внести свой вклад в борьбу с COVID-19:

1. Раннее выявление и диагностика инфекции
2. Мониторинг
3. Прогноз заболеваемости и смертности
4. Разработка лекарственных средств и вакцин
5. Снижение нагрузки на медицинских работников
6. Профилактика заболевания
7. Раннее предупреждение

С самого начала искусственный интеллект уже сделал вклад в оповещение и предупреждение о распространении инфекции. Случай с канадской моделью искусственного интеллекта BlueDot [4][5] уже стал легендарным. Это иллюстрирует, что инструмент в виде ИИ может превзойти людей в прогнозировании вспышек инфекционных заболеваний. Согласно отчетам, BlueDot предсказал вспышку инфекции в конце 2019 года, выпустив предупреждение своим клиентам 31 декабря 2019 года, прежде чем Всемирная организация здравоохранения сделала это 9 января 2020 года [6].

Прогнозирование

Искусственный интеллект может быть использован для отслеживания (включая отслеживание в реальном времени) и прогнозирования распространения заболевания COVID-19. Например, после предыдущей пандемии, вызванной вирусом Зика в 2015 году, была разработана динамическая нейронная сеть для прогнозирования его распространения [7]. Однако такие модели, как эти, необходимо будет переподготовить с использованием данных о пандемии COVID-19. Похоже, именно это сейчас и происходит в университете Карнеги - Меллона. В настоящее время исследователи адаптируют все методы борьбы для Covid-19, но каждый из них будет представлять определенные трудности для перехода на новое заболевание.

Одна из проблем, которая сильно влияет на реальную картину распространения заболевание – паника населения. Обеспокоенность вокруг коронавируса, вызывает совершенно другую картину онлайн-активности. Люди будут искать информацию, связанную с коронавирусом, с гораздо более высокой скоростью, даже если они чувствуют себя хорошо, что делает данные более трудными для исследования.

В условиях пандемии также очень мало исторических данных, которые повлияют на оба прогноза. Грипп происходит на очень регулярном цикле каждый год, в то время как пандемии являются неустойчивыми и редкими.

Разработка лекарственных средств и вакцин

Австралийские исследователи разработали и тестируют вакцину-кандидата COVID-19 для борьбы с коронавирусом SARS-CoV-2 [8]. Работая с технологией Oracle cloud и Vaccine technology, разработанной Vaxine [9], исследователи из Университета Флиндерса проанализировали вирус COVID-19 и использовали эту информацию для разработки кандидата на вакцину.

“Мы достигли больших результатов с вакциной против свиного гриппа, разработанной во время пандемии свиного гриппа 2009 года, мы начали клинические испытания вакцины в течение трех месяцев после обнаружения вируса. Мы надеемся достичь аналогичных результатов с COVID-19, когда она будет готова для тестирования на людях”, - сказал доцент университета Димитр Сайков [8].

В случае COVID-19 ряд исследовательских лабораторий и центров обработки данных указали, что они используют искусственный интеллект для поиска методов лечения и вакцины против COVID-19. Есть надежда, что ИИ сможет ускорить как процесс открытия новых лекарств, так и процесс перепрофилирования существующих.

Исследователи из Южной Кореи и США имеют опубликованные [10] результаты использования машинного обучения для идентификации существующего лекарственного средства, атазанавира, который потенциально может быть использован для лечения COVID-19.

Исследователи из Benevolent AI опубликовали статью [11], в которой указывается, что барицитиниб, лекарство, используемое для ревматоидного артрита и миелофиброза, как потенциальное лечение COVID-19.

Весьма маловероятно, что эти методы лечения (и, возможно, лекарства) будут доступны в ближайшем будущем. Причина заключается в том, что существуют медицинские и научные проверки, которые нужно выполнить, прежде чем эти лекарства будут одобрены.

Снижение нагрузки на медицинских работников

Направление медицины и здравоохранения уже сегодня считается одним из стратегических и перспективных с точки зрения эффективного внедрения ИИ. Использование ИИ может массово повысить точность диагностики, облегчить жизнь пациентам с различными заболеваниями, повысить скорость разработки и выпуска новых лекарств и т.д.

Из-за внезапного и массового увеличения числа пациентов во время пандемии COVID-19, медицинские работники имеют очень высокую рабочую нагрузку. Здесь ИИ используется для снижения нагрузки на медицинских работников. Он помогает в ранней диагностике и предоставлении лечения на ранней стадии с использованием цифровых подходов и науки о принятии решений, предлагает обучение студентов и врачей относительно этого нового заболевания.

Вывод

Медицинские организации остро нуждаются в современных технологиях для борьбы с этим вирусом. Искусственный интеллект работает, искусно имитируя человеческий интеллект. Он может также играть жизненно важную роль в разработке вакцины для COVID-19. Эта ориентированная на результат технология используется для скрининга, анализа текущих пациентов, создание прототипов лекарственных средств и прогнозирование будущих заразившихся. Также начинают появляться приложения, которые применяются для отслеживания подтвержденных больных, вылеченных пациентов и случаи смерти.