你覺得醫(yī)療行業(yè)的未來是人工智能嗎

目前，狹義人工智能正在被用于各種醫(yī)療數(shù)據(jù)，這使我們能夠?qū)χ吧钪胁豢梢姷?、似乎無(wú)法測(cè)量的方面進(jìn)行評(píng)估。曼奈尼醫(yī)生在治療時(shí)對(duì)我說：“人類對(duì)許多疾病還不了解。根據(jù)我的從醫(yī)經(jīng)歷，當(dāng)我們不知道該怎么做時(shí)，常常使用三種藥。第一種是類固醇，它可以抑制人體內(nèi)各種引起發(fā)炎癥狀的物質(zhì)；第二種是可以治療從耳朵到腳趾的各種感染的抗生素；最后一種就是阿司匹林等抗凝血?jiǎng)??！彼诟艺f這些時(shí)無(wú)奈地?fù)u了搖頭。即便是在這家全球最先進(jìn)的醫(yī)院，我們?nèi)允褂眠@些非針對(duì)性的原始藥物，驅(qū)趕我們體內(nèi)的疾病。

機(jī)器則不需要這么做——它們的精確度遠(yuǎn)遠(yuǎn)在人類之上，如果我們想要繼續(xù)在醫(yī)療和醫(yī)藥領(lǐng)域取得進(jìn)步，那就需要精確度。

社區(qū)中心有一間不起眼的房間。我去過那里，房間里擺著一圈堅(jiān)固的棕色座椅。大家依次進(jìn)入房間，然后把外套和包放在椅子旁邊。等到這圈座椅坐滿后，參與者就開始發(fā)言。一個(gè)年輕人說：“我突然從睡夢(mèng)中醒來，疼得蜷縮成一團(tuán)。我盯著天花板并嘗試呼吸和數(shù)數(shù)，直到疼痛過去?！?/p>

在他講完自己的故事后，一位年紀(jì)較大的女士也開始發(fā)言：“我有一天晚上突然感到一陣劇烈的疼痛，我都沒法走到床上。我躺在廚房地板上，在那里睡了一夜。我不敢移動(dòng)，害怕疼痛加劇?！?/p>

晚上之前，房間里的24個(gè)人都描述了各自的經(jīng)歷。一個(gè)年輕女性說：“我已經(jīng)不再制訂計(jì)劃。我開始不去思考未來。我每次覺得可以出去找我朋友，最后都會(huì)打消這個(gè)念頭。我害怕自己會(huì)因?yàn)樘弁措y忍倒在餐廳的地板上，或更糟糕的是，倒在骯臟的公共廁所里，還是待在家里比較好?！?/p>

這是克羅恩病和結(jié)腸炎患者互助小組的一次聚會(huì)，每周，類似這樣的聚會(huì)數(shù)以千計(jì)。這個(gè)房間內(nèi)的每一個(gè)人以及世界各地千千萬(wàn)萬(wàn)在相似房間中聚會(huì)的患者，都患有一種炎癥性腸?。↖BD）。

什么是炎癥性腸?。窟@個(gè)正式的名稱具有誤導(dǎo)性，因?yàn)樗静皇且环N疾病。它是一個(gè)模糊的術(shù)語(yǔ)，指的是所有涉及腸道內(nèi)部感染的疾病。與我的叢集性頭痛一樣， 讓這個(gè)房間里的人感到如此絕望的是炎癥性腸病沒有治愈的方法。

如今，治療此類炎癥的最大希望是使用類固醇。當(dāng)類固醇不起作用時(shí)，醫(yī)生常常不得不通過造口術(shù)切除腸道。炎癥性腸病患者只能靠一個(gè)造口和一個(gè)掛在體外的造口袋生活。

我們不甚了解的疾病不勝枚舉，對(duì)于這些疾病，現(xiàn)代醫(yī)學(xué)界只能使用此類粗糙的治療方法。一些疾病因具有獨(dú)有的特征而容易診斷，但也有復(fù)雜的統(tǒng)合疾病，其中包括數(shù)十甚至數(shù)百種不同的疾病，其癥狀也緊密相關(guān)。人工智能是少數(shù)幾種能夠?yàn)榇祟惢颊咛峁└_診斷的工具。

越來越多的科學(xué)家開始研究腸道以及它與大腦之間的關(guān)系，以治療像炎癥性腸病這樣的統(tǒng)合疾病，這一關(guān)系被稱為腦腸軸。此類研究可能會(huì)推動(dòng)醫(yī)學(xué)技術(shù)取得突破性進(jìn)展，但它過于復(fù)雜以致必須使用基因序列，同時(shí)它也越來越依靠算法建模。

目前，最先進(jìn)的計(jì)算模型研究實(shí)驗(yàn)室使用DNA序列確認(rèn)標(biāo)記，即“短DNA序列”。這一捷徑無(wú)須確認(rèn)整個(gè)基因組，它使研究人員能夠更快地了解單個(gè)腸道微生物組的整體情況。通過開展這種細(xì)節(jié)性的腸道研究，研究人員越來越接近這樣一個(gè)未來，即為病人提供真正個(gè)性化的干預(yù)治療。

所有這一切都將為糞菌移植術(shù)提供無(wú)法估量的巨大幫助， 而這種技術(shù)是腦腸軸領(lǐng)域目前最激動(dòng)人心、最萬(wàn)眾矚目的醫(yī)療突破。這種手術(shù)曾被視為激進(jìn)的非主流治療方法，而現(xiàn)在有更多的醫(yī)生愿意嘗試這種方法。他們會(huì)從健康人群中取一個(gè)糞便的樣本，然后將樣本放入病人的微生物組，使樣本能夠刺激該系統(tǒng)朝更健康的腸道組成發(fā)展。糞菌移植術(shù)已被證明能夠非常成功地治療一種名為艱難梭狀芽孢桿菌的細(xì)菌所引起的致命感染。4 研究人員希望能夠使用這項(xiàng)技術(shù)發(fā)現(xiàn)更有效的炎癥性腸病治療方法。

然而，在沒有對(duì)腦腸軸有更深入了解的情況下，此類嘗試最多只能獲得不穩(wěn)定的結(jié)果。研究人員仍然不清楚糞菌移植術(shù)成功的原因，可能的原因是健康人糞便中的細(xì)菌進(jìn)入患者腸道內(nèi)后，開始充當(dāng)對(duì)抗致病病毒的守衛(wèi)，而可能性更大的原因是，上述情況與其他尚不為我們所知的因素共同作用。

《科學(xué)轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué) 》（Science Translational Medicine）于2017年3月1日刊登的一篇研究文章指出，提取患有炎癥性腸病的大鼠腸道中的糞便，并將其移植到健康大鼠的微生物組中，結(jié)果健康大鼠不但出現(xiàn)了輕微的炎癥，而且變得焦慮。5炎癥性腸病患者中也普遍存在類似的焦慮癥狀，該癥狀包含著一個(gè)關(guān)鍵的奧秘，解開它，我們就能認(rèn)識(shí)腸道健康對(duì)整個(gè)人體精神功能起到什么作用。這項(xiàng)由賈達(dá)·德帕爾瑪（Giada De Palma）主導(dǎo)的研究表明了糞菌移植術(shù)可用于治療炎癥性腸病，但該領(lǐng)域的研究人員認(rèn)為需要更深入地了解腸道以及腸道和大腦的關(guān)系。

只有通過計(jì)算和動(dòng)態(tài)建模工具，我們才能更加詳細(xì)地了解這些復(fù)雜的、互相關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)以及它們與個(gè)人醫(yī)療之間的關(guān)系。如果研究人員想要超越目前糞菌移植術(shù)的試錯(cuò)階段， 就需要使用近期人工智能發(fā)展所帶來的更精確、更機(jī)械化的微生物群模型。

正當(dāng)研究人員準(zhǔn)備使用算法模型研究炎癥性腸病之時(shí)， 位于加州圣拉蒙的一批創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)公司，如 HealthTell，正計(jì)劃在未來使用人工智能系統(tǒng)開發(fā)一種診斷工具，用于治療另一種自身免疫系統(tǒng)的統(tǒng)合疾?。豪钳?。這種慢性炎癥性疾病的成因是人體免疫系統(tǒng)攻擊自身的組織和器官。對(duì)病人而言，可悲的是這種疾病一開始常常被誤診，因此只有在身體器官遭到嚴(yán)重破壞后才會(huì)被發(fā)現(xiàn)并得到治療。我最近與HealthTell 的創(chuàng)始人比爾·科爾斯頓（Bill Colston）交流了醫(yī)學(xué)診斷技術(shù)的現(xiàn)狀，探討了如何在未來通過人工智能增強(qiáng)診斷。6 HealthTell 的技術(shù)已從簡(jiǎn)單的基因組測(cè)試發(fā)展到使我們能夠了解免疫系統(tǒng)整體情況的診斷測(cè)試。

科爾斯頓告訴我：“研究人員近期了解到，在數(shù)百萬(wàn)年間，免疫系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)化出一個(gè)非常特定的、復(fù)雜的疾病響應(yīng)機(jī)制。其響應(yīng)取決于疾病的類型?！痹?HealthTell 的技術(shù)研究工作中，他沒有將重點(diǎn)放在疾病的直接檢測(cè)上，而是嘗試測(cè)量身體對(duì)疾病的反應(yīng)。

免疫系統(tǒng)會(huì)在遇到病原體時(shí)立即做出反應(yīng)。相對(duì)而言， 病人體內(nèi)會(huì)出現(xiàn)大量抗體，因此可以輕松地檢測(cè)疾病并了解身體的整體情況。

科爾斯頓解釋道：“目前的診斷只有兩種狀態(tài)，你不是‘生病’，就是‘健康’。如果你生病了，就要看醫(yī)生，但我們發(fā)現(xiàn)這并不是疾病發(fā)展的方式。疾病的發(fā)展時(shí)間很長(zhǎng)，而你的身體要到疾病最終就要獲勝并且你感到不舒服時(shí)才會(huì)開始抵抗。我認(rèn)為人工智能系統(tǒng)真正有意思的地方在于，它能夠預(yù)判人體從健康走向疾病的過程。”

科爾斯頓和他在 HealthTell 的團(tuán)隊(duì)打賭說，測(cè)量免疫系統(tǒng)反應(yīng)以及新陳代謝、蛋白質(zhì)和基因組等其他擔(dān)負(fù)人體管理職責(zé)的生物指標(biāo)，是了解人體整體情況的最佳方式。

科爾斯頓告訴我：“目前我們要等到真的生病了才會(huì)去控制疾病，最終不是擺脫了疾病，就是讓疾病進(jìn)一步惡化。我們希望提前開發(fā)出更好的療法或者對(duì)生活方式做出積極的改變。如果你可以開發(fā)出只需要 10 美元或 15 美元的廉價(jià)的、可擴(kuò)展的診斷方法，而且病人可以自己定期進(jìn)行診斷，那么你可以將這些診斷方法輸入人工智能系統(tǒng)中，使其可以預(yù)測(cè)身體狀態(tài)的變化。”

他認(rèn)為這一知識(shí)將使病人在患病前做出改變。與許多現(xiàn)代疾病一樣，提前介入能夠更有效地治療自身免疫系統(tǒng)疾病?？茽査诡D所說的系統(tǒng)可能還需要10多年才會(huì)出現(xiàn)，但我們已經(jīng)在IBM的“沃森”中看到了該系統(tǒng)的初始形態(tài)：使用人工智能增強(qiáng)診斷。一個(gè)系統(tǒng)若想充分利用科爾斯頓的技術(shù)，必須清除一大障礙，那就是缺少數(shù)據(jù)。人工智能在無(wú)人駕駛汽車等領(lǐng)域正常運(yùn)行，是因?yàn)槠嚿舷录捌渲苓叚h(huán)境中遍布各種嵌入式傳感器，它們同時(shí)進(jìn)行數(shù)千次實(shí)時(shí)測(cè)量，但我們無(wú)法在人體中部署足夠的數(shù)據(jù)點(diǎn)以預(yù)測(cè)未來將要發(fā)生的事情， 也沒有得到足夠明確的結(jié)果來訓(xùn)練人工智能系統(tǒng)。

HealthTell是科爾斯頓的技術(shù)準(zhǔn)備應(yīng)用的地方，它所面臨的挑戰(zhàn)首先就是開發(fā)測(cè)量系統(tǒng)。正如我們?cè)?u>深度學(xué)習(xí)算法中所看到的，當(dāng)我們擁有足夠的數(shù)據(jù)時(shí)，即從規(guī)模足夠龐大的人群中獲得了充足的長(zhǎng)期測(cè)量結(jié)果時(shí)，我們就能獲得足夠的數(shù)據(jù)深度與廣度，使機(jī)器學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)精確診斷。

在科爾斯頓看來，未來的人工智能并不意味著完全使用計(jì)算機(jī)代替醫(yī)生，它只是一種用更多知識(shí)增強(qiáng)人類智能的方式。

科爾斯頓表示：“配備了這種更智能的傳感器和治療技術(shù)的人工智能可以提供長(zhǎng)期的縱向數(shù)據(jù)，便于內(nèi)科醫(yī)生做出更準(zhǔn)確的診斷。醫(yī)生可以更好地確定病人何時(shí)應(yīng)該接受治療。我們現(xiàn)在對(duì)各種疾病的診斷方式仍十分籠統(tǒng)，醫(yī)生希望能夠獲得更多此類信息。”

科爾斯頓認(rèn)為，將先進(jìn)的人工智能系統(tǒng)應(yīng)用于診斷是改變這一趨勢(shì)的一種可行的方法。它可以從根本上提升效率， 使初級(jí)護(hù)理醫(yī)生能夠?qū)⒏鄷r(shí)間用在與病人的交流上，因?yàn)槿斯ぶ悄芟到y(tǒng)可以幫助他們解釋更加復(fù)雜的數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)與有類似癥狀的其他病人進(jìn)行比較。

當(dāng)然，與許多其他領(lǐng)域一樣，利用人工智能提升專業(yè)醫(yī)生的能力也引發(fā)了社會(huì)的焦慮。有人擔(dān)心醫(yī)療行業(yè)的人性的一面，即人與人之間的關(guān)心、護(hù)理和治愈，將被毫無(wú)感情的技術(shù)解決方案所取代?？茽査诡D在勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（也就是洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手）做了 20 年的研究員，致力于開發(fā)對(duì)抗生化恐怖主義的技術(shù)。根據(jù)他在新型反恐技術(shù)方面的經(jīng)驗(yàn)，他認(rèn)為這些擔(dān)憂中存在誤區(qū)。

科爾斯頓告訴我：“技術(shù)從來都不是邪惡的?！彼岬浇谝豁?xiàng)唐氏綜合征產(chǎn)前檢測(cè)方面的技術(shù)突破，這種技術(shù)可以取代原先的羊膜穿刺術(shù)檢查法。“這一技術(shù)出現(xiàn)后，人們通過一滴血就能測(cè)出唐氏綜合征，而不再需要將針頭刺入羊膜腔。許多人表示這不是什么好事，因?yàn)樗仁垢改冈诤⒆映錾熬妥龀龅赖聸Q定，但我們?cè)诖酥熬鸵恢痹谶M(jìn)行這方面檢測(cè)， 而且是用一種可能傷害到胎兒和孕婦的侵入式方法。有了新的檢測(cè)方法，我們就可以通過一種更安全的方法獲得這些信息?！?/p>

科爾斯頓總結(jié)道：“獲得更多信息不可能是一件壞事，真正決定好壞的是我們選擇如何使用這些重要的知識(shí)?！?/p> 人工智能作為人類生活的解碼器

HealthTell所做的這種基因測(cè)序和診斷創(chuàng)新將人工智能轉(zhuǎn)換成了一種人類的生物學(xué)解碼器，其中最典型的例子就是近期基因編輯技術(shù)的發(fā)展，比如CRISPR–Cas9的使用等。這項(xiàng)技術(shù)使科學(xué)家能夠?qū)⒔?jīng)過修改的蛋白質(zhì)注射到人體內(nèi)，從而像一把剪刀一樣剪切基因并將其重組。2016年10月28日， 四川大學(xué)的研究人員提取了人類免疫細(xì)胞，并且使用CRISPR技術(shù)對(duì)它們進(jìn)行編輯。7他們成功地去除了讓身體攻擊健康細(xì)胞的基因。通過在肺癌病人體內(nèi)剪切這種基因并將其重新導(dǎo)入細(xì)胞，研究人員希望經(jīng)過修改的細(xì)胞能減少癌細(xì)胞和攻擊行為。

CRISPR的每一個(gè)字母分別代表著“成簇的、規(guī)律間隔的、短回文、重復(fù)序列”，它以細(xì)菌細(xì)胞可以識(shí)別入侵病毒并將其剪切到DNA中這一發(fā)現(xiàn)為基礎(chǔ)。后來，科學(xué)家使用這項(xiàng)10年前發(fā)現(xiàn)的技術(shù)來編輯遠(yuǎn)比細(xì)菌復(fù)雜的DNA序列?，F(xiàn)在， 中國(guó)科學(xué)家的研究成果讓我們開始能編輯我們自己的DNA。

這只是人類機(jī)能增強(qiáng)的開始。當(dāng)我們把人工智能與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合時(shí)，就可以使用機(jī)器學(xué)習(xí)來解釋信號(hào)，用無(wú)線設(shè)備代替大腦與我們四肢和肌肉之間的連接。在 2016年11月的神經(jīng)系統(tǒng)科學(xué)學(xué)會(huì)年會(huì)上，科學(xué)家宣布患有閉鎖綜合征的女性可以僅依靠自己的意念，移動(dòng)計(jì)算機(jī)界面上的光標(biāo)。8閉鎖綜合征是一種患者身體完全癱瘓但精神敏度未受影響的病癥。1997年的《潛水鐘與蝴蝶》（The Diving Bell and the Butterfly）一書中描述了這一病癥，該書于 2007年被朱利安·施納（Julian Schnabel）拍成電影并且獲得多個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)。這個(gè)由記者兼時(shí)裝總監(jiān)讓-多米尼克·鮑比（Jean–Dominique Bauby）撰寫的故事詳細(xì)講述了他與閉鎖綜合征的斗爭(zhēng)，還描述了他如何在只有左眼能動(dòng)的情況下寫出一本書。

這一計(jì)算機(jī)和光標(biāo)方面的最新發(fā)明在眨眼活動(dòng)和人類動(dòng)作信息轉(zhuǎn)換之外開辟了一條新路。上文提到的那位女性，我們只知道她叫HB，她在顱骨下植入了電極。雖然電極沒有穿過腦組織，但能夠與 HB 的大腦進(jìn)行足夠的接觸，從而精確地反映她的腦波活動(dòng)。外科醫(yī)生將她顱骨下的電極與一個(gè)她胸腔內(nèi)的裝置連接，而該裝置與一臺(tái)平板電腦無(wú)線連接。

機(jī)器學(xué)習(xí)算法負(fù)責(zé)最終區(qū)分HB的β腦波和γ腦波，并且學(xué)會(huì)了哪種腦活動(dòng)與捏手指等微小動(dòng)作有關(guān)。在這些算法的幫助下，HB不久就能僅靠意念移動(dòng)平板電腦上的光標(biāo)了。當(dāng)研究人員將一個(gè)大型字母表放在HB的平板電腦屏幕上時(shí)，她就可以想象著點(diǎn)擊鼠標(biāo)和選擇字母的感覺來輸入了。機(jī)器學(xué)習(xí)能夠識(shí)別她的意圖并且在屏幕上記錄她的選擇。HB能夠以每分鐘一到兩個(gè)字母的速度慢慢地與世界溝通了，她不再是一個(gè)“被鎖住的人”。

無(wú)論我們是將機(jī)器學(xué)習(xí)用于抵御未知疾病的暴虐，還是用于修改我們DNA的基因編輯技術(shù)，或是通過神經(jīng)信號(hào)和機(jī)器學(xué)習(xí)將病人從閉鎖綜合征中解放，都必須在未來10年使用人工智能進(jìn)一步增強(qiáng)醫(yī)療和醫(yī)藥行業(yè)。目前關(guān)于這方面的爭(zhēng)議很多，包括對(duì)設(shè)計(jì)嬰兒的恐懼、超人類物種的風(fēng)險(xiǎn)或神經(jīng)裝置被入侵所產(chǎn)生的意外后果等，而道德討論也是我們必需的。盡管如此，當(dāng)我們?cè)谟懻撌欠裥枰l(fā)展人工智能時(shí)，就已經(jīng)將我們的社會(huì)帶入了一個(gè)錯(cuò)誤的選擇?？茖W(xué)技術(shù)的發(fā)展無(wú)法避免， 思想的進(jìn)步無(wú)法被控制，一個(gè)突破必將引發(fā)另一個(gè)突破。

正如比爾·科爾斯頓所說：“你不能因?yàn)閾?dān)心某項(xiàng)技術(shù)的具體用途而減緩其發(fā)展的速度。無(wú)論怎樣，它最終總會(huì)出現(xiàn)，因?yàn)榭傆腥藭?huì)在其他地方把它發(fā)明出來。所以更好的辦法是控制它、駕馭它并且盡早加以應(yīng)用。科學(xué)技術(shù)本身無(wú)善惡之分?！?/p>

正如我們將在下一章所看到的那樣，科爾斯頓對(duì)醫(yī)療行業(yè)創(chuàng)新的觀點(diǎn)也適用于網(wǎng)絡(luò)安全行業(yè)。20 世紀(jì)的工具根本不可能解決21世紀(jì)的挑戰(zhàn)。我們根本沒有選擇，我們必須使用人工智能，才能以此對(duì)抗人工智能。