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MIT推進診斷老年癡呆的認知計算,解決機器學習的黑箱問題

毋庸置疑,人類的壽命正在變長。而伴随而來的老齡化問題,也導緻了老年人可能面臨認知衰退的威脅,比如老年癡呆等疾病。

根據相關機構的統計顯示,美國确認患有老年癡呆的患者目前有500萬人,而在2050年将會達到1350萬人。為了更好地抵禦這樣的老年危機,mit與lahey醫院醫學中心一同研發了一款工具,能夠幫助更好地檢測認知障礙,早發現早治療,以間接減少患病的人數。

csail的認知系統與人機互動專家randall davis及lahey醫院與醫學中心的神經學專家dana penney一同牽頭推動研究,在畫鐘測試(cdt)的基礎上進行改進。

雷鋒網了解到,畫鐘測試是一種傳統的檢測老年癡呆的測試手段,憑借其簡單、實用的特點已經延續了半個世紀。畫鐘測試首先會要求老人獨立畫出一個有表盤數字的鐘,表針需要指向醫生所說的時間。随後,再讓老人重複畫一個相同的鐘。

前一個步驟主要考察的是對方對語言的了解能力與記憶能力;而第二個步驟則是考察空間推理與執行功能。根據雷鋒網了解,得分标準有四個:

表盤是一個閉鎖的圓; 數字在表盤上的位置正确; 數字沒有畫出圓外; 所訓示的時間與醫生所要求的時間一緻。

davis與penney與他們的學生團隊進行合作,希望用一支電子筆取代原有的普通筆。醫生不僅能夠檢測病人的畫鐘結果,還能檢測到對方的繪畫過程。經過長達十年的研究,penney與同僚們對4000位受試者進行了電子筆的測試,并通過機器學習建構預測模型,結果顯示,比起傳統的醫師人工診斷,電子筆呈現出了更精确的診斷率。

然而這個測試仍然存在不足之處,那就是機器學習的黑箱問題。機器無法告訴人類它是如何思考的,這也意味着整個診斷過程缺乏透明度及置信度。團隊開始意識到,不論是對醫生還是病人而言,一個複雜且不透明的算法都無法被接受。

ibm也一直在推進認知計算,即将機器學習及思考的過程盡量通過邏輯的方式呈現。mit目前也想嘗試用同樣的方式推動機器診斷的合理性。

MIT推進診斷老年癡呆的認知計算,解決機器學習的黑箱問題

souillard-mandar與randall davis

學生souillard-mandar表示,分析将由兩個部分組成:

了解受試者在畫的内容:比如畫出一些連續的橫杆,這代表時鐘的分針刻度; 而基于這樣的了解,系統能夠呈現整體的測試結果,并綜合認知函數給出醫師能夠了解的名額。“這也是我們讓模型可了解的關鍵,臨床醫生也能夠很輕易地了解算法是如何推導出決策内容的。”

實驗顯示,新型的機器學習測試能夠節約醫生的大量時間,同時提升準确性,在易用的同時也保證了造價便宜。davis表示,

“有很多藥物能夠減緩老年癡呆的惡化,是以早發現并及早接受治療,無疑是有益于老人的。”

在過去兩年裡,davis與團隊努力将産品從實驗室延伸到臨床階段。davis、penney與投資人philip

cooper聯合創辦了一家名為digital cognition

technologies(dct)的公司,将原來的電子筆及微型計算機打造為一款名為dctclock的産品。認知能力的測試像測量血壓一樣快捷友善,而且在一分鐘内就能夠獲得結果。目前一些制藥公司正在使用産品進行臨床測試,并計劃在2018年為臨床醫生提供服務。

雷鋒網了解到,美國聯邦的老年保健醫療制度medicare在最近就決定将dctclock普及65歲以上公民的年度檢查,就像pet掃描一樣快速而安全。“pet能夠測量生理方面的健康名額;而我們能夠對行為進行測量,并判斷使用者的認知。”

本文作者:奕欣

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