Искусственный интеллект коренным образом изменил медицину и здравоохранение: диагностические данные пациентов, например, полученные с помощью ЭКГ, ЭЭГ или рентгеновских снимков, могут быть проанализированы с помощью машинного обучения, так что заболевания можно обнаружить на очень ранней стадии на основе незначительных изменений. Однако внедрение искусственного интеллекта в человеческое тело по-прежнему остается серьезной технической проблемой. Дрезденским ученым кафедры оптоэлектроники впервые удалось разработать биосовместимую имплантируемую платформу искусственного интеллекта, которая в режиме реального времени классифицирует здоровые и патологические паттерны в биологических сигналах, таких как сердцебиение. Она обнаруживает патологические изменения даже без медицинского наблюдения. Результаты исследования теперь опубликованы в журнале Science Advances.
В этой работе исследовательская группа во главе с проф. Карлом Лео, доктор Хансом Клеманном и Маттео Кукки демонстрирует подход к классификации здоровых и больных биосигналов в режиме реального времени на основе биосовместимого чипа искусственного интеллекта. Они использовали волоконные сети на основе полимеров, которые структурно напоминают человеческий мозг и используют принцип нейроморфного искусственного интеллекта при вычислениях резервуаров. Случайное расположение полимерных волокон образует так называемую «рекуррентную сеть», которая позволяет обрабатывать данные аналогично человеческому мозгу. Нелинейность этих сетей позволяет усиливать даже самые незначительные изменения сигнала, которые — например, в случае сердцебиения — часто трудно оценить врачам. Однако нелинейное преобразование с использованием полимерной сети делает это возможным без каких-либо проблем.
В ходе испытаний ИИ смог отличить здоровое сердцебиение от трех распространенных аритмий с точностью 88%. В процессе полимерная сеть потребляла меньше энергии, чем кардиостимулятор. Потенциальные области применения имплантируемых систем искусственного интеллекта разнообразны: например, их можно использовать для мониторинга сердечных аритмий или осложнений после операции и сообщать о них как врачам, так и пациентам с помощью смартфона, что позволяет быстро оказывать медицинскую помощь.
«Идея объединения современной электроники с биологией прошла долгий путь в последние годы с разработкой так называемых органических смешанных проводников, — объясняет Маттео Кукки, аспирант и первый автор статьи. — Однако до сих пор успехи ограничивались простыми электронными компонентами, такими как отдельные синапсы или датчики. Решение сложных задач до сих пор не представлялось возможным. В ходе нашего исследования мы сделали решающий шаг на пути к реализации этой задачи. Применяя возможности нейроморфных вычислений, таких как вычисление резервуаров, используемые здесь, мы добились успеха не только в решении сложных задач классификации в реальном времени, но и потенциально сможем сделать это в организме человека. Этот подход позволит в будущем развивать дальнейшие интеллектуальные системы, которые могут помочь спасти человеческие жизни».
Источник: https://www.sciencedaily.com/releases/2021/08/210820135346.htm