В Беларуси готовят к запуску проект по ранней диагностике расстройств аутистического спектра (РАС) при помощи нейронных сетей.
Искусственный интеллект активно используется в системе здравоохранения во многих странах мира, в том числе для диагностики расстройств развития. Но белорусский проект имеет ряд уникальных особенностей, что делает его на порядок более перспективным с точки зрения практического применения, ранней диагностики и последующих возможностей для абилитации и реабилитации детей с РАС.
Мы узнали подробности из первых уст: от идейного вдохновителя и медицинского консультанта проекта, ассистента кафедры детской неврологии БелМАПО Алисы Кудлач, а также руководителя и технического гуру проекта, доцента кафедры финансового менеджмента и информатизации здравоохранения БелМАПО, кандидата экономических наук Александра Стефанина.
Цифры
- 1 ребенок из 59 страдает тем или иным РАС (по данным новейших американских исследований в области расстройств психоневрологического развития).
- 75 % детей с аутизмом остаются невербальными из-за поздней диагностики и несвоевременной помощи.
- Медицинские расходы для детей и подростков с РАС в 6 раз превышают аналогичные расходы на здоровых детей.
Как родилась идея проекта по ранней диагностике РАС?
А.К.: В течение нескольких лет у нас на кафедре детской неврологии велась основательная деятельность по разработке алгоритмов диагностики, лечения, реабилитации и абилитации детей с нарушениями психоречевого развития. Я принимала в ней непосредственное участие. Когда был накоплен достаточно обширный материал, понадобилась помощь технического плана для статистической обработки информации и критериев ее оценки с точки зрения доказательной медицины.
Тогда мы и познакомились с Александром Стефаниным. В результате совместной работы появилась программа, которая позволяет врачам педиатрического профиля при динамическом диспансерном наблюдении детей от рождения до 7 лет проводить правильную поэтапную диагностику нарушений развития по важным параметрам неврологического, психического, логопедического и соматического статуса; оценивать наличие и выраженность имеющихся нарушений. На основании этой комплексной оценки программа предлагает оптимальный маршрут наблюдения профильными специалистами, лечения и реабилитации.
Следующим направлением кафедральной работы стало применение лечебных методик у детей с коморбидными неврологическими и психическими нарушениями, в частности, с РАС. И в какой-то момент совместной работы у Александра стали появляться вопросы: что такое аутизм, как его диагностировать, какие специалисты для этого нужны, как скоро можно установить диагноз, как отслеживать динамику лечения… Я отвечала, опираясь на существующие общемировые подходы к РАС и собственный практический опыт.
Расстройства аутистического спектра (РАС) — не тот диагноз, который клинически ставится сразу. У него нет специфических, четко выраженных признаков. Необходимы большое количество посещений специалиста и, возможно, не одного, а также длительный период наблюдения, потому что детские нарушения развития, которые затрагивают психические функции комплексно, на ранних этапах выглядят в общем-то похоже.
К примеру, один из самых сложных вопросов дифференциальной диагностики — насколько первичны аутичные черты у ребенка в рамках его нарушений.
Поиск ответов на эти вопросы, как правило, отнимает слишком много времени и значительно снижает количество шансов на успешное лечение, абилитацию и реабилитацию.
Так и возникла идея: а что если для более ранней диагностики РАС не только использовать клинический подход, который применяется во всем мире, но и привлечь современные технологии, в частности, искусственный интеллект?
Собственно, проект родился на основе тех работ, что проводились на кафедре детской неврологии, и преследует амбициозные цели по максимально ранней диагностике РАС, дающей возможность наиболее эффективного лечения, реабилитации и абилитации детей с данными нарушениями психоречевого развития.
Как вообще работает эта технология? Приходят мама с ребенком к врачу…
А.С.: Во-первых, необязательно приходят. Надо признать, что привести ребенка с РАС в поликлинику или даже просто выйти с ним на улицу — большая проблема. Она обусловлена и особенностями самого расстройства, и тем, что окружающие зачастую не понимают, что поведение ребенка связано не с его воспитанием, а с психоневрологическими нарушениями.
При этом для постановки диагноза, как мы знаем, посещать врача нужно регулярно на протяжении длительного периода времени. Во-вторых, специалистов, имеющих достаточно компетенций, чтобы выявить заболевание на ранних стадиях, когда нет ярких клинических проявлений, в стране совсем не много, причем в любой стране мира. Их мало и в Минске, а что говорить о каких-то удаленных уголках. По сути, иногда идти буквально не к кому.
Начиная наш проект, мы ориентировались на то, чтобы программой можно было пользоваться удаленно, в домашних условиях. Это приложение можно будет скачать на мобильное устройство или компьютер, запустить и протестировать, как ведет себя ребенок при выполнении тех или иных заданий.
Ребенку предлагается поиграть в определенные игры или просто посмотреть на заданные изображения.
Особенность игр в том, что не нужно касаться экрана компьютера или мобильного устройства. Перед фронтальной камерой малыш выполняет нужные действия как бы в воздухе, и они так или иначе отражаются на экране.
Платформа на основе искусственного интеллекта предусматривает отслеживание позы ребенка при выполнении действий; детекции лицевой сетки и геометрии лица (проще говоря, оценку движений мимической мускулатуры); распознавание форм и движений рук; отслеживание зрачков и контуров глаз; определение способностей повторить рисунок. В зависимости от реакции ребенка на происходящее перед ним на экране алгоритм соотносит, как в данной ситуации ведет себя нормотипичный ребенок, а как — ребенок с РАС.
Если поведение похоже на поведение ребенка с расстройством, то программа указывает на вероятность проблемы и рекомендует обратиться к врачу.
Приложение не выставляет диагноз, а рекомендует очную консультацию.
Диагноз все равно выставляют врачи, они же назначают лечение… В чем тогда заслуга искусственного интеллекта в рамках медицинской работы? Как ИИ может помочь диагностировать РАС раньше, чем это сделает специалист?
А.С.: Дело в том, что ИИ способен выявить малейшие нарушения и отклонения, которые человеку на ранних этапах развития заболевания могут быть совершенно неочевидны. Поэтому использование нейронных сетей является столь перспективным направлением в современной медицине. Не нужно расписывать в программе признаки и клинические проявления РАС. Достаточно просто показать, как одно и то же задание выполняют дети с расстройством и без него. Чем больше таких примеров внесено в базу, тем более высокоточный результат будет выдавать искусственный интеллект.
Задания требуют определенных навыков. Для детей какого возраста подходит данное приложение?
А.К.: Дистанционные бесконтактные игры подходят детям с 2–2,5 лет. Задания, направленные на оценку эмоциональной реакции и зрительного сосредоточения, можно использовать у детей более младшего возраста. Но приложение содержит не только игровой материал. Мы предусмотрели возможности анкетирования родителей и специалистов медицинского и педагогического профиля, которые работают с детьми в рамках оценки их развития. Постарались разработать простые, но высокочувствительные анкеты, которые позволят уточнить или дополнить диагностическую картину. Это специально сделано для того, чтобы привлечь к тестированию детей самых младших возрастных групп. Цель, к которой мы стремимся, — выявление РАС у детей начиная с полуторалетнего возраста.
Насколько может сократиться путь от первичного обращения к специалисту до постановки диагноза при использовании этого приложения?
А.С.: Сегодня средний возраст постановки диагноза РАС — 4,3 года в развитых странах. Это очень поздний этап. Окно возможностей ребенка представлено возрастом от 1 года до 6 лет. Это тот период, когда у ребенка можно сформировать определенные центры, которые отвечают за речевое и общее психическое развитие. После 6 лет все становится гораздо сложнее и высока вероятность, что ребенок, например, не будет говорить вообще. Поэтому очень важно как можно раньше выявить данное заболевание. По большому счету его можно диагностировать начиная от 1–1,5 года. Поэтому мы ориентируемся на то, чтобы набирать как можно больше материала для обучения нейронных сетей с детьми именно такого возраста. Есть все основания полагать, что при помощи приложения можно будет примерно на 2 года уменьшить средний возраст постановки диагноза. К сожалению, пока в нашей стране диагноз РАС выставляется достаточно поздно, что значительно сужает окно возможностей для реабилитации и абилитации детей.
Подобные технологии в мире уже существуют. Что отличает отечественный продукт? В чем его уникальность?
А.С.: Действительно, технологии ИИ в медицине сейчас активно развиваются. В США, например, есть продукт, чем-то похожий на наш, который также предназначен для раннего выявления РАС. В 2021 году компания зарегистрировала свою разработку в FDA именно как медицинский продукт, медицинское изделие. В отличие от нашего приложения, там не используются игры или задания. Разработчики предлагают заполнить анкету родителям, врачу, после этого родители снимают видео продолжительностью от 30 до 50 секунд о том, как ребенок ведет себя в обычной жизни. Затем видео должен посмотреть специалист и оценить, насколько поведение ребенка соответствует норме.
Имеются возможности для последующего анализа этой видеозаписи при помощи искусственного интеллекта. Но обучение нейронных сетей в этом случае очень проблематично, потому что это будут абсолютно разные действия детей в разных ситуациях и с разных ракурсов... Именно поэтому такие видеозаписи обрабатываются, как правило, людьми. Но и здесь есть нюансы: в обычной жизни врач наблюдает за ребенком минимум в течение года, чтобы поставить диагноз. А в этом случае разработчики хотят, чтобы этот же специалист выставил диагноз по 30–50-секундному ролику...
А.К.: В отличие от американской версии мы хотим использовать не просто оценку движений ребенка. С точки зрения сравнения детей с нормотипичным и ненормотипичным развитием это действительно достаточно сложно. Потому что поведение абсолютно здорового ребенка, у которого высшая нервная деятельность развивается без нарушений, может периодически напоминать то, что у психологов и психиатров называется «полевым поведением», т. е. когда ребенок совершает бесцельную деятельность, демонстрирует большое количество вроде бы ненужных двигательных актов и т. д.
И речевая продукция какая-то вроде бы не в контексте ситуации происходит… Но при этом с ребенком на самом деле все хорошо. Точно так же ребенок с ненормотипичным развитием, с тем же РАС, периодами может вести себя как абсолютно здоровый, спокойный, ничем не демонстрирующий своего неадекватного поведения. Поэтому мы предпочитаем использовать не общую оценку видеоряда, а именно считывание определенных точек с тела и лица ребенка для того, чтобы повысить точность диагностики, а вероятность ошибочного заключения свести к минимуму.
А.С.: Мы ставим ребенка как бы в определенные ситуации, чтобы раскрыть его поведение в разных ракурсах, при разных видеопотоках. В одном случае нейронные сети оценивают его координацию при выполнении задания, в другом — как он реагирует на лицо человека, в третьем — как фиксирует взгляд на движущемся предмете… Здесь много различных аспектов, и мы не используем одну нейронную сеть. Под каждое задание, под каждый аспект своя нейронная сеть, которая выявляет какие-то паттерны, особенности в поведении.
Когда ждать выход продукта на рынок
А.С.: Сейчас основная проблема — это сбор данных. Очевидно, что во всем мире есть проблема с доступом к медицинской информации. В Беларуси в 2021 году вышел закон о защите персональных данных, который строго регламентирует, в каких случаях и как должна предоставляться эта информация, в том числе для проведения научных исследований. Несмотря на то, что мы используем протоколы шифрования, современные средства защиты данных, увы, риск утери контроля над персональными данными всегда существует. И естественно, далеко не все учреждения здравоохранения, обладатели этой информации, хотят идти пусть и на потенциальный, но риск.
Нам необходимо как можно больше видео о том, как выполняют задания, как играют в наши игры дети с РАС и без него. Речь идет не о десятках или сотнях пациентов — о десятках тысяч. Чем больше информации, тем лучше работает нейронная сеть.
А.К.: Поэтому на данном этапе мы налаживаем сотрудничество с различными государственными и частными медицинскими и социально-педагогическими учреждениями, которые занимаются вопросами детского развития, абилитации детей с нарушениями психоречевого развития, в частности, с РАС. Мы готовы предлагать им наше приложение для использования в практической деятельности.
А.С.: Через полгода сможем представить то, что называется MVP (minimum viable product), чтобы им можно было воспользоваться и врачам, и родителям. А примерно в течение года планируем повысить точность принятия решений платформы до 95 % и сдать проект «под ключ».
А.К.: В общем-то эта ситуация немного похожа на то, как проходят клинические испытания лекарственного препарата. Есть 5 ступеней клинических испытаний, когда препарат изобретают, затем проверяют в лабораториях, на лабораторных животных, на здоровых добровольцах, и заключительным этапом становится постмаркетинговое исследование, когда препарат выходит в свободную продажу в аптечную сеть, а далее идет длительный (годами) сбор отзывов о влиянии препарата, побочных эффектах, которые не были установлены, но проявились в процессе, и т. д.
Сейчас наша задача — выпустить пилотный проект с определенной степенью чувствительности, достоверности, а дальше заработает постмаркетинговый вариант, т. е. будет продолжаться сбор данных у пациентов, что в свою очередь будет повышать чувствительность нейронной сети и точность принятия решений.
Пока мы работаем над проектом, акцентируя внимание на ранней диагностике РАС. Но в перспективе хотим, чтобы приложение работало также в рамках возможностей отслеживания состояния ребенка, динамического наблюдения за ним, оценки эффективности проводимых терапевтических, реабилитационных и абилитационных мероприятий.
Насколько готовы к техническому прорыву специалисты поликлинического звена? Не получится ли так, что продукт будет создавать дополнительные сложности в ходе и так непростого общения между врачом и пациентом?
А.К.: Собственно, почему мы стремимся на данном этапе работать и с учреждениями здравоохранения, и с учреждениями образования, и с родителями? Чтобы по возможности не допустить ситуации, когда родители, пройдя тестирование в домашних условиях и обратившись к специалистам, не услышали: «Мало ли что вы там в интернете прочитали…» Мы стремимся привлечь учреждения здравоохранения и образования различного уровня, чтобы они могли использовать приложение в работе центров раннего вмешательства, коррекционно-развивающего обучения и реабилитации, стационарных лечебных учреждений, поликлиник… И в то же время родители могли им пользоваться в домашних условиях.
Что касается готовности специалистов, на самом деле уровень их профессиональной подготовки и клинического опыта достаточен для применения современных технологий, есть желание и даже необходимость их применять. К сожалению, нагрузка на врачей очень высокая, из-за чего зачастую не хватает времени на более доскональное общение с пациентом, чтобы детально разобраться в ситуации… Поэтому любой помощи все очень хотят и ждут. Те структуры, с которыми мы начинаем работать, с большим удовольствием относятся к возможности применения новейших цифровых технологий для более ранней постановки диагноза и направления родителей по нужному маршруту в рамках лечебных и реабилитационных методик.
Могу предположить, что использование приложения для врачей, работающих с детьми с РАС, представляет профессиональный интерес и несет бесценный практический опыт с точки зрения работы нейронных сетей. Например, мои коллеги знают, что у всех детей с нарушениями развития, будь то РАС, сенсомоторная алалия или органические повреждения развития высшей нервной деятельности, помимо расстройств психической деятельности всегда есть нарушения моторики и координации. Но в чем разница между одним ребенком и вторым по уровню их статодинамических показателей клинически? Ответа нет. Мы можем только констатировать факт, что такие нарушения есть.
А.С.: Возможности ИИ должны быть в этом отношении гораздо выше, чувствительнее, тоньше. При наборе достаточного количества материала с участием детей с различными нарушениями развития и различными способами выполнения ими одних и тех же заданий мы сможем дифференцировать варианты нарушений развития и определять, что первично в структуре дефекта у таких детей, только посредством их моторно-двигательной активности.
Что бы вы еще отнесли к основным преимуществам использования нейронных сетей для диагностики РАС?
А.С.: Кроме ранней диагностики к очевидным преимуществам относится прежде всего возможность дистанционного тестирования. Это очень актуально для семей, где воспитывается ребенок с нарушениями развития. И особенно для жителей тех населенных пунктов, где, например, не хватает узких специалистов.
Большая часть пациентов просто не доходит до врачей вовремя, т. е. родители по самым разным причинам до последнего откладывают визит к врачу. Нередко ребенок попадает к специалисту в возрасте 7 лет. А это значит, что основное время для адекватной коррекции состояния упущено, окно возможностей почти закрыто.
Мы надеемся, что дистанционное тестирование поможет хотя бы отчасти исправить существующее положение вещей.
Очень важно понимать, что при ранней диагностике в разы возрастает эффективность абилитации и реабилитации, благодаря чему у ребенка появляется будущее, и вполне полноценное. А от этого в выигрыше будут все: ребенок, родители, государство.
По сути, в этом и заключается основная высшая цель и преимущество нашего проекта: максимально ранняя диагностика, эффективная абилитация и реабилитация, интегрированное обучение, трудоустройство, интеграция в общество.