Наука и технологии 30 Октября 2019

Искусственный интеллект на страже здоровья. Беседа вторая

Как искусственный интеллект позволяет находить и доказывать полезные свойства микронутриентов и разоблачать псевдонаучных манипуляторов
Искусственный интеллект на страже здоровья. Беседа вторая
Ольга Громова и Иван Торшин
Анастасия Удалова

Мы закончили нашу первую беседу с Ольгой Громовой и Иваном Торшиным на их рассказе о том, как с помощью методов искусственного интеллекта можно выявить ту или иную серию манипулятивных текстов, опубликованных в ведущих научных журналах под вывеской «доказательных», и проанализировать их на предмет того, кто именно пишет эти заказные и лженаучные статьи.

Естественно, у нас возник вопрос: а есть ли на Западе подобные исследования с применением искусственного интеллекта и методов анализа больших данных?

 

Иван Торшин: Есть, конечно. Отдельные исследования периодически публикуются, и мы их так или иначе находим, изучаем, цитируем. Но как только речь заходит о каком-то серьезном вопросе наподобие описанных выше проблем с публикациями в жанре «доказательная медицина», у них там сразу «уходят в тину» и выразительно молчат…

— Вы рассказываете поразительные вещи…

Ольга Громова: Раз уж в первой части нашей беседы зашла речь о микронутриентах, расскажу несколько интересных примеров про микронутриенты, которыми мы активно занимаемся. Известно, что многие студенты утрачивают здоровье в процессе обучения. Используя микроэлементные маркеры, то есть определяя содержание 68 элементов таблицы Менделеева в волосах, в крови, в суточной моче, мы установили интересные связи между гиподинамией и содержанием микроэлементов. Мы нашли, что при гиподинамии интенсивно накапливается, например, токсический свинец в волосах. Это уже нетривиально и неочевидно. Почему он должен накапливаться, причем в волосах? Результаты такого рода анализов можно использовать для диагностики и профилактики.

magnifier.png Мы определили, что при гиподинамии интенсивно накапливается, например, токсический свинец в волосах. Это уже не тривиально, и не очевидно. Почему он должен накапливаться, причем в волосах?

А одна из наших аспиранток выполняла работу в психиатрической больнице, изучая пациентов с пограничными нервно-психическими расстройствами. Это и шизофрения, и биполярные расстройства, и тяжелые психические расстройства, связанные с повреждениями мозга. У таких пациентов мы смотрели микроэлементы не только в плазме крови (как это обычно делается), но и в эритроцитах. Оказалось, что в эритроцитах таких пациентов наблюдаются очень низкие уровни магния. Пациенты в буквальном смысле проживают свой день на каких-то остатках магния, хотя в плазме крови содержание магния было более или менее нормальным.

И. Т.: Этот факт обычно не замечают в обычной клинической практике, где до сих пор проводится анализ только плазмы крови на магний.

О. Г.: То есть мы нашли новый маркер, полезный для анализа состояния психиатрических пациентов. Маркер очень простой, но совершенно неочевидный и весьма информативный: при нижней границе нормы 1,65 микромоль на литр у пациентов с пограничными расстройствами наблюдаются уровни магния в эритроцитах менее 0,20 микромоль на литр, то есть в восемь раз ниже! Мы вначале подумали, что это какая-то ошибка. Но теперь разработана соответствующая диагностическая методика. Вообще, по магнию мы немало провели исследований, есть несколько патентов, вышли монографии в России и в США.

magnifier.png В Кемерово нам собрали потрясающую выборку данных по пациентам, которую мы анализировали нашими методами по всем параметрам, в том числе по микроэлементам. И оказалось, что у пациентов с низким BDNF в крови снижено содержание лития в волосах

Недавно мы получили патент совместно с Кемеровским медицинским университетом по неинвазивной диагностике фактора роста нервной ткани BDNF (brain-derived neurotrophic factor) в крови, важного биомаркера при инсульте и депрессии. Если уровни BDNF в крови снижены, то депрессия протекает тяжелее, а восстановление после инсульта будет затруднено. А если уровни BDNF более или менее высокие, то мозг быстро регенерирует, симптомы инсульта уходят, восстанавливается речь, и когнитивный дефицит будет преодолен. В Кемерово нам собрали потрясающую выборку данных по пациентам, которую мы анализировали нашими методами по всем параметрам, в том числе по микроэлементам. И оказалось, что у пациентов с низким BDNF в крови снижено содержание лития в волосах. Казалось бы, волосы-то здесь при чем: в волосах литий, а в крови — BDNF?

И. Т.: Да, нетривиально, что BDNF, этот синтезирующийся внутри мозга фактор регенерации нервной ткани, тесно связан с содержанием микроэлементов в волосах на голове. Наш патент в том и состоит, что мы можем померить литий и еще пару элементов в волосах (это достаточно просто сделать) и сделать прогноз уровней BDNF в крови (а это дорогостоящий и весьма редко выполняемый анализ).

О. Г.: Кроме того, соли лития применяются в психиатрии. Очень высокие дозы лития позволяют вывести человека, например, из биполярного расстройства. Биполярное расстройство — это когда у человека колеблется настроение: то очень плохое настроение, то очень возбужденное, гиперактивное. Конечно, подобного рода колебания настроения прослеживаются и у здоровых людей. Однако у психиатрических пациентов эти колебания доведены до крайности: на уровне падения настроения пациент может прыгнуть с балкона, а на уровне подъема решить, что он — Наполеон. И такие перепады настроения, как оказалось, связаны с глубоким дефицитом лития. Наши исследования показывают, что литий нужен для всех людей, абсолютно для всех, а не только для «психов». Когда уровень лития падает низко, человек, образно говоря, становится ближе к «психу».

— А литий участвует в каких-то процессах регенерации?

О. Г.: Любой микронутриент, эссенциальный, то есть жизненно необходимый (если русский язык использовать), необходим для реализации эффектов генома и протеома человека, в том числе для регенерации тканей. У каждого микронутриента свой уникальный механизм действия. Вот, например, магний обслуживает активность 720 белков протеома человека. Представляете, насколько широк спектр действия только одного микронутриента — магния?

БИОХИМ ЦИНК.png
Ион цинка в составе часто встречающегося белкового фрагмента, известного как «цинковый палец». Железо, медь, цинк, марганец, молибден и кобальт нужны организму человека в качестве микроэлементов. Например, цинковые пальцы входят в состав разных белков, которые связываются с ДНК и РНК
Wikipedia

— А что значит «обслуживает»?

О. Г.: Без катиона магния не работает соответствующий белок, так как катион магния входит в структуру белка и если его «вынуть» оттуда, то белок не работает. Белок — это как бы заготовка фермента, в определенные участки которой «вставляются» ионы магния. А в какой-то другой фермент, например в алкогольдегидрогеназу, необходимо вставить катионы цинка. И если у человека дефицит цинка, то алкогольдегидрогеназа не перерабатывает алкоголь и человек быстро становится алкоголиком.

— То есть можно определить, склонен человек к алкоголизму или нет?

О. Г.: В какой-то степени да. А еще в какой-то другой фермент необходимо «вставить» активную форму витамина B6, или витамина B1, или витамина В2 и так далее.

И. Т.: Вот тут анализ больших данных как раз и интересен. У нас сейчас выходит второе издание книги «Витамин D: смена парадигмы», потому что первое издание раскупили просто влет. Во второе издание мы добавили еще шесть глав, в том числе по применению методов анализа больших данных к анализу текстов «доказательных» публикаций по витамину D. И наткнулись на очень интересную тему. Не скажу, что это связано с коррупцией, не знаю. Однако если читать соответствующие публикации, то оказывается, что в Австралии и в Новой Зеландии совершенно другие законы природы, по которым витамин D «не дает никакого клинического эффекта» Я даже цифры приведу. В России, в Иране, 50 исследований проведено, в 48 найден эффект. В США, в Германии — примерно половина наполовину. А вот в Новой Зеландии или в Австралии — 50 проведено, и только в одном найден эффект. То есть всё наоборот. Мы начинаем анализировать данные, думать: а почему так? И оказывается, что в Новой Зеландии сильнейшее лобби молокозаводчиков. И когда им, новозеландским молокозаводчикам, говорят, что витамин D работает, у них реакция: «Значит, наше молоко не нужно?!»

magnifier.png Компания выпускает, например, очень сладкие газированные напитки. А чрезмерное употребление таких напитков — доказанный фактор риска сахарного диабета. И интересно, что эта же компания выпускает антидиабетические препараты. То есть она сама себе создает пациентов

— А почему?

И. Т.: Да потому, что это же чистая паранойя, к которой неизбежно приходят все те, кто с головой погряз в рыночной конкуренции! Просто они предполагают, что когда-то в будущем использование витамина D им будет угрожать. В их больном воображении, вероятно, сформировался сценарий типа «вот сейчас пьют молоко, потому что в нем есть витамин D. А вот если мы ничего не предпримем сейчас, то будут есть эти таблетки с витамином D, а у нас резко упадут продажи молока. Надо что-то делать заранее!» Конечно, это все бред, от начала до конца. Почему мы утверждаем, что все эти 50 «исследований» выполнены явно «под заказ»? Да потому, что тексты этих публикаций как по шаблону написаны, и методы анализа «больших» данных позволяют четко выявить и описать этот шаблон.

О. Г.: Другой пример. Компания выпускает, например, очень сладкие газированные напитки (в англоязычных странах они собирательно именуются cola). А чрезмерное употребление таких напитков — доказанный фактор риска сахарного диабета из-за огромного количества сахара, о чем даже есть отдельное постановление ВОЗ. И интересно, что эта же компания выпускает антидиабетические препараты. То есть она сама себе создает пациентов.

— И что, есть такие примеры?

И. Т.: Конечно. Но тут более сложная схема. А вот в случае витамина D и других микронутриентов «заказуха» выявляется элементарно: в базе данных PubMed ищутся все исследования по микронутриенту и подвергаются нашим методам анализа текстов. Приблизительно в 30 процентах текстов «доказательных» исследований по витамину D, например, идет явное накручивание или нейролингвистическое программирование потенциального читателя. В английском есть прекрасное выражение для обозначения такой терминологии — spin words (слова для накручивания сознания) или weasel words (дословно — «хорьковые слова»), что обычно переводится как «туманные выражения». Так вот, тексты псевдодоказательных статей, в которых заявляется, что «витамины не работают», изобилуют этой «хорьковостью», то есть нагнетанием негатива, депрессивного настроения и словесного тумана.

БИОХИМ ЭПИЛЕПС.png
Применение методов «машинного обучения» даже в простейшей форме имеет больше практической значимости для врача, чем абстрактные «оценки статистической значимости», которые навязываются не-математиками и не-врачами в «британских» стандартах медицинских исследований. Например, классификация пациентов с использованием алгоритмов логических правил и опорных векторов на основе только двух показателей (концентраций калия и магния в цельной крови) указывает на область сниженных концентраций калия и магния, соответствующую более чем 11-кратному повышению риска эпилепсии
ФИЦ ИУ

— А ваши результаты вам удается продвигать в медицину? И здесь и там?

О. Г.: Конечно, продвигаем, публикуем. У нас даже препараты есть, которые продаются в аптеках и в России, и в странах СНГ. Наши работы внесли важный вклад, например, в принятие Национальной программы России по витамину D. Раньше считали, что витамин D нужен только для профилактики рахита в раннем возрасте, и назначали витамин D детям до года, в крайнем случае до двух лет. А мы на основе анализа имеющихся публикаций и наших собственных исследований показали, что влияние витамина D на кости — это всего семь-десять процентов от его значимости для организма человека. Потенциал клинического применения витамина D огромен, так в реальности витамин D — это особый гормон, который регулирует около 2700 генов человека. Гены, связанные с поддержанием структуры кости, — только семь процентов всего этого массива генов. Витамина D влияет, в частности, на заболеваемость гриппом и ОРЗ, так как это весьма мощный иммунокорректор.

magnifier.png Стало очевидно, что у подавляющего большинства детей в России наблюдается выраженный дефицит витамина D (до 80% обследованных). В результате родилась Национальная программа коррекции дефицита витамина D у детей

Потом в России под руководством профессора Ирины Николаевны Захаровой было проведено исследование среди маленьких детей, называлось оно «Родничок». И когда его провели, то получили достаточно большой и интересный массив данных по 15 регионам России. Встал вопрос, как же, собственно, анализировать эти данные. Организаторы исследования обратились ко мне и к Ивану Юрьевичу, мы применили свои методики анализа данных. Помимо многих результатов, интересных для практических врачей, стало очевидно, что у подавляющего большинства детей в России наблюдается выраженный дефицит витамина D (до 80 процентов обследованных). В результате родилась Национальная программа коррекции дефицита витамина D у детей. Сейчас эта программа доведена до каждого врача на уровне приказа Минздрава.

На днях у меня была встреча с профессором Андреем Александровичем Спасским, руководителем Центра спортивной медицины, он применяет апробированные нами методы определения уровней магния в эритроцитах у спортсменов сборной России.

— А что означают уровни магния для спортсменов?

О. Г.: Нормальная концентрация магния говорит о том, что спортсмен более спокоен, и то, что его мышцы выдержат нагрузку, потому что магний необходим для нормального сокращения и расслабления мышц. То есть у спортсмена не будет судорог мышц. Судороги икроножных мышц — один из самых ярких симптомов дефицита магния. У беременных часто бывают судороги икроножных мышц, после 24-й недели беременности, потому что у них магний идет на построение плода, и они начинают жаловаться, что у них появились судороги. Назначается магниевый препарат, и это все проходит.

— Как получилось, что вы занялись искусственным интеллектом? Вы же врач по образованию?

О. Г.: Я училась в аспирантуре по клинической фармакологии в Санкт-Петербургском педиатрическом медицинском университете. И наши научные руководители, Александр Давидович Зисельсон и Вильям Анатольевич Гусель, прививали нам понимание того, что прогресс в фармакологии возможен только при детальном понимании механизмов действия лекарств на молекулярном уровне, требовали от нас собирать максимальное количество данных о пациенте для целостной оценки действия лекарств. Эти идеи до сих пор актуальны и важны для получения нетривиальных результатов в различных направлениях медицинских исследований, да и вообще в анализе больших данных. Например, применительно к так называемым болезням цивилизации (точнее, болезням образа жизни).

— Что это такое?

О. Г.: Это болезни, возникающие вследствие комплекса причин: гиподинамии, нарушений диеты, генетических и экологических факторов, дефицитов микронутриентов. К болезням цивилизации относят сахарный диабет, атеросклероз, артериальную гипертонию, инфаркт миокарда, ишемический инсульт, депрессию и многие другие патологии. Здоровый образ жизни, в многомерном его понимании, способствует реализации наилучшего из вариантов динамики состояния здоровья для генетического фона конкретного пациента. Нарушения здорового образа жизни вносят существенный вклад в проявление неблагоприятных эффектов определенных вариантов генов данного пациента. Напротив, здоровый образ жизни, даже при наличии «плохих» вариантов генов у пациента, сдерживает развитие «болезней цивилизации». Мы подробно разбираем этот вопрос в нашей монографии «Магний и болезни цивилизации».

И. Т.: У нас есть множество конкретных примеров. Например, есть ген, кодирующий фермент, который обезвреживает продукты табачного дыма. Если у человека этот ген не работает из-за «плохого варианта» гена, ему продукты табачного дыма не рекомендуются.

magnifier.png У очень многих пациентов с генетическим профилем склонности к ожирению привычка пить одну-две чашки свежезаваренного молотого кофе несколько сдерживает реализацию негативной генетической программы

— То есть ему нельзя даже присутствовать при курении?

И. Т.: Да, а уж курить — так совсем нельзя. Потому что при «плохом варианте» гена риск рака легких возрастает раз в десять. Мы анализировали генетические профили пациентов с болезнями легких. И нашли, что есть определенные варианты генов, при наличии которых человек должен с крайней осторожностью относиться к курению.

О. Г.: Или, например, у очень многих пациентов с генетическим профилем склонности к ожирению привычка пить одну-две чашки свежезаваренного молотого кофе несколько сдерживает реализацию негативной генетической программы. Выбор программы ведения пациента с учетом многих факторов образа жизни, и генетического профиля человека — одна из основ персонализации в медицине. Когда мы знаем, что у человека в геноме, мы можем обоснованно дать ему рекомендации по стилю жизни (диете, физической нагрузке, отдыху) или даже назначить тот или иной лекарственный препарат.

Пока известны только отдельные примеры генов, связанных с теми или иными витаминами, микроэлементами, микронутриентами. В Швейцарии сейчас проводится интересная работа, когда определяются почти все микронутриенты у человека.

— То есть?

О. Г.: Уровни витаминов, микроэлементов, полиненасыщенных жирных кислот в крови. С учетом результатов этого анализа пациенту приготавливается микронутриентный комплекс, конкретно для него. Мы к этому тоже придем, но пока это проводится в рамках так называемого элитного обслуживания. В России для начала было бы неплохо решить проблемы повсеместных дефицитов магния, витамина D и лития, чтобы снизить риски от «болезней цивилизации». А методы анализа больших данных — важный инструмент, позволяющий находить нетривиальные закономерности, доносить их важность до практических врачей, разрабатывать более эффективные методы реализации и контроля программ здоровья россиян.
Еще по теме:
19.11.2019
Объединенный институт высоких температур РАН, РКК «Энергия», МФТИ и компания — национальный чемпион «Лазерные системы» з...
11.11.2019
Десятого ноября 1888 года родился выдающийся советский авиаконструктор Андрей Николаевич Туполев — глава советской авиац...
08.11.2019
Сегодняшний хайп по поводу всеобщей цифровизации пришел к нам с Запада. Между тем специалистам хорошо известно, что тема...
05.11.2019
Квантовый компьютер Google достиг квантового превосходства
Наверх