Алгоритмы здорового человека: как ИИ помогает в диагностике заболеваний

Сложные компьютерные алгоритмы, в том числе с элементами искусственного интеллекта (ИИ), позволяют выявлять многие заболевания на ранней стадии и делают диагностику проще и дешевле. Они помогают измерять оксигенацию мозга прямо в машине скорой помощи, находить рак по фрагментам ДНК опухолевых клеток в крови и управлять компьютерами без рук. Рассказываем о недавних достижениях на стыке медицины и информационных технологий.

Выявить на нулевой стадии

Медицина все больше ориентируется на раннее выявление заболеваний. Яркий пример — мультираковая жидкостная биопсия, которая позволяет обнаружить онкологию по анализу венозной крови до того, как опухоль можно будет заметить на магнитно-резонансной томографии. Дело в том, что при разрушении опухолевые клетки выбрасывают фрагменты своей ДНК в кровоток. Каждая разновидность рака оставляет уникальный эпигенетический отпечаток. Но эта информация тонет в колоссальном информационном шуме. В плазме крови плавают миллиарды фрагментов внеклеточной ДНК совершенно здоровых клеток. Найти те, что наведут на скрытое новообразование, вручную невозможно. Проблему решили нейросети, обученные на сотнях тысяч подтвержденных клинических случаев.

При проведении жидкостной биопсии у пациента берут кровь на анализ ДНК, полученные данные загружают в программу с искусственным интеллектом. Алгоритмы ищут эпигенетические маркеры — в первую очередь специфические структуры метилирования (вид химической модификации) ДНК.

Точность метода превышает 99 %, но пока только у 12 видов рака. Зато на нулевой или первой стадии — до того, как новообразование станет видимым на сканерах. Это кардинально упрощает и удешевляет лечение.

Внутри черепа

В Объединенном институте ядерных исследований в Дубне разрабатывают прибор, который выявляет инсульт на ранних стадиях. Неинвазивный лазерный оксиметр измеряет уровень кислорода глубоко в тканях головного мозга, используя спектроскопию в ближнем инфракрасном диапазоне.

Обычно гипоксию головного мозга определяют на магнитно-резонансной, компьютерной томографии, электроэнцефалографии или эхоэнцефалографии. Но эти исследования проводят только в больнице. Разработка дубнинских ученых портативная, ее можно использовать в машине скорой помощи. Оксиметр излучает короткие лазерные импульсы, высокочувствительные детекторы фиксируют время возвращения каждого фотона. Красный свет (650–670 нм) сильнее поглощают ненасыщенные кислородом ткани, насыщенные — ближний инфракрасный (800–900 нм). Компьютерные алгоритмы анализируют паттерны поглощения и строят карту оксигенации глубоких слоев мозга. В результате врачи в реальном времени могут оценить степень кислородного голодания мозга при инсульте и предотвратить массовую гибель нейронов.

Датчики в мозге

В марте власти Китая одобрили использование нейроинтерфейса NEO компании Neuracle Medical Technology. Он позволяет людям с тяжелым параличом мысленно управлять роботизированными устройствами и компьютерами.

Обычно мозговые импланты внедряют непосредственно в серое вещество. Для получения чистого, детализированного сигнала важно подобраться вплотную к нейронам. Однако вторжение вызывает агрессивный иммунный ответ: клетки микроглии и астроциты атакуют инородное тело, формируют вокруг него плотный глиальный рубец, который со временем полностью блокирует передачу электрического сигнала.

У Neuracle Medical Technology другой подход. Небольшое устройство, от которого отходят восемь электродов, имплантируют в эпидуральное пространство — между твердой мозговой оболочкой и костями черепа. NEO не контактирует с корой и не травмирует нервную ткань. Сниженное пространственное разрешение из-за удаленности электродов от источника сигнала компенсируют сложные компьютерные алгоритмы. В реальном времени они анализируют электрический шум и вычленяют из него моторные паттерны. Человек думает о том, чтобы пошевелить пальцем, — и роборука подчиняется.

На конец марта NEO установили 32 участникам испытаний. Технологию разрешили использовать в коммерческих целях, так что скоро имплантаций станет больше.

Обучение иммунитета

В конце 2025 года Минздрав одобрил первую российскую вакцину от меланомы на основе матричной РНК «Неоонковак». Она позволяет отказаться от классической химиотерапии в пользу направленной активации клеточного иммунитета пациента.

У пациента берут образец опухоли и проводят полногеномное секвенирование всей последовательности ДНК. Затем с помощью ИИ сравнивают данные с ДНК здоровых клеток пациента и выявляют уникальные мутации — неоантигены, присущие только раковым клеткам этого человека. На основе этой информации синтезируются индивидуальные молекулы матричной РНК. Их упаковывают в защитные липидные наночастицы и вводят пациенту. Попав в организм, мРНК заставляет клетки производить те самые неоантигены. Иммунная система распознает их как чужеродные и учится находить и уничтожать раковые клетки по всему телу, прицельно атакуя опухоль и метастазы. В отличие от химиотерапии, которая выжигает в организме все быстро делящиеся клетки без разбора, вакцина действует строго точечно и не повреждает здоровые ткани.

«Нашей задачей было создать информационную компьютерную систему на основе искусственного интеллекта для выбора именно тех мутаций, которые будут обучать иммунную систему узнавать опухоль и уничтожать ее», — пояснил в интервью «Комсомольской правде» Вячеслав Косоруков, директор НИИ экспериментальной диагностики и терапии опухолей Национального медицинского исследовательского центра онкологии им. Блохина.

Меланому для первого применения вакцины выбрали из-за высокой мутационной нагрузки. Клетки меланомы, особенно вызванной воздействием ультрафиолета, накапливают огромное количество мутаций и вырабатывают много неоантигенов — идеальные мишени для обученного вакциной иммунитета. Если вакцина докажет свою эффективность и безопасность, ее могут начать применять для лечения других видов рака.