Big data a umělá inteligence: Digitální polobozi

Nebyl to špatný ročník: v roce 1978 poprvé uvidělo světlo světa nejen první číslo časopisu Chip, ale také Louise Joy Brownová, lépe známá pod poněkud neosobně znějícím jménem „test tube baby“. Lékařství a počítače byly v té době dva různé vesmíry. Progresivní lékařští vědci tehdejších dnů absolvovali převážně biochemické experimenty, o integrované obvody se zajímali jen nerdi a Steve Jobs.

Dnes se zdá podivínem (dokonce i mezi žáky základních škol) spíše ten, když dokáže žít bez vlastního smartphonu a sociálních médií. Úplně nemyslitelná je digitální abstinence v lékařském výzkumu. Samozřejmě to platí pro všechny vědní obory, ale pokud jde o medicínu, zní příslib úspěchu ve spojení s digitální revolucí obzvláště atraktivně. Kvůli exponenciálnímu vývoji v technologii procesorů a pamětí, stejně jako v množství využitelných dat, se výrazně pokročilo v řešení mnoha zdravotních problémů.

Velké naděje vkládají lékaři do strojového učení. V léčbě rakoviny už platforma umělé inteligence IBM Watson splnila mnohá očekávání. Velká data a umělá inteligence (AI) dělají z Watsonu super vědce, který rozumí všemu, neskutečně rychle se učí a navrhuje účinná řešení. Sherlock Holmes by pro něj možná bylo lepší jméno, ale označení Watson se nevztahuje k věrnému společníkovi detektivního mistra, ale k bývalému šéfovi IBM se stejným jménem. Velká síla Watsonu spočívá ve zpracovávání dat všeho druhu. Jeho sémantické porozumění je lepší než u jakékoliv lidské bytosti. Dobře se vyrovná s nestrukturovanými daty, která nemají žádné matematické nebo informační řazení - mluvený záznam, texty, videa nebo audiodata, rukopisy, či dokonce příspěvky ze sociálních médií. IBM společně s poskytovatelem laboratorních služeb Quest Diagnostics využívá tuto odbornost v nejvyšší disciplíně - v rozboru velkých dat při léčbě pacientů s rakovinou pomocí aplikace Watson Genomics.

Léčba rakoviny silně závisí na vhodné kombinaci správných informací. Tři čtvrtiny všech pacientů totiž nereagují na všechny léky v dané třídě účinných látek. Další problém: většina onkologů se stará o pacienty s různými druhy rakoviny. Ale každý pacient je jiný a žádná mutace rakoviny není stejná. Je zcela nemožné, aby příslušný onkolog znal všechny současné diagnostické a terapeutické metody pro každý případ. Podle IBM se na téma rakoviny každoročně vydává zhruba 160 000 studií. Pravděpodobnost, že pacient s rakovinou dostane optimální léčbu včetně vhodného léku, je proto mizivě nízká.

Watson se učí ze vzorů, které rozpoznává v datech

V tomto okamžiku nastupuje Watson Genomics. Program detekuje korelace v obrovských množstvích dat a je schopen se z neustálé analýzy naučit opravovat chyby a zlepšovat vlastní práci. Před nasazením Watsonu se genom nádoru vyčte v laboratoři Quest Diagnostics pomocí vzorku tkáně. Sekvencovaná data DNA laboratoř zasílá Watsonu. Stroj nyní prochází miliony stránek literatury, studií a dalších důležitých informací. Pak je vytvořen odpovídající přehled. Popisuje změny v DNA a možnosti léčby, které jsou přizpůsobeny těmto mutacím nádorů.

Na tomto základě onkolog vypracuje plán léčby pro svého pacienta. Big data a AI tak pomáhají realizovat individuální terapii na nejmodernější vědecké úrovni. Michael Burkhart, vedoucí oddělení zdravotní péče a farmaceutického průmyslu v poradenské společnosti PwC, očekává, že správně dávkovaná datová medicína radikálně změní sektor zdravotní péče: „Jsem přesvědčen, že technologie, jako je umělá inteligence a big data, způsobí revoluci v současném zdravotnictví.“ Budou to jednotliví pacienti, kteří podle tohoto odborníka budou z nového přístupu profitovat nejvíce: „Největší příležitosti AI a big dat vidím - kromě přesnější diagnózy - v personalizaci medicíny, která umožní více individualizované, a tedy cílenější formy terapie.“

Lékařský výzkum za pomoci strojového učení je stále ještě v plenkách a existují ještě obrovské problémy se zadáváním dat, s převodem informací do smysluplných datových formátů. Migrace dat ze starších systémů do nových platforem je také tvrdý oříšek. Dokonce i digitální sběr dat při přijetí pacienta není zdaleka standardizován. K tomu se přidává obtížný tok digitálních informací mezi jednotlivými odděleními nemocnice a ještě větší jsou překážky v komunikaci mezi dvěma různými klinikami.

I když v evropských (a o to více v českých) nemocnicích na sebe nasazení technologií blockchainu a internetu věcí ještě nechá dlouho čekat, neměli bychom podceňovat dynamiku exponenciálně rostoucího datového světa v oblasti zdravotnictví. Jak rychle se může zdánlivě šílený nápad stát úspěchem století, to ukázal projekt lidského genomu. V roce 1985 navrhl kalifornský molekulární biolog Robert Sinsheimer zahájení mapování všech lidských genetických informací. O pět let později započal největší projekt v dějinách biologických věd. Výzkumné skupiny z přibližně 30 zemí pracovaly na identifikaci všech genů na přibližně 3,2 miliardy bází dlouhé DNA šroubovici 23 chromozomů. V té době vypadal takový požadavek hodně troufale; rozhodně nebyla nouze o odborníky, kteří takový projekt odsuzovali. Časový plán - projekt měl být dokončen do roku 2005 - považovali dokonce i ti, kteří se na něm podíleli, za utopii.

Čtení DNA jako medicínský projekt století

Inovativní metody však přinesly naději na alespoň částečný úspěch. K dešifrování genomu jsou v podstatě nezbytné tři kroky: stříhání, sekvencování a skládání. Díky novým molekulárním DNA nůžkám se genetikům podařilo rozumně uspořádat dlouhá DNA vlákna. Dříve se dlouhá vlákna z genetického materiálu vždy zaplétala tak, že už nebyla k potřebě. Navzdory všem průkopnickým novým metodám byla v roce 1998 dešifrována jen tři procenta genomu.
V té době získal mezinárodní výzkumný projekt, který byl financován z veřejných prostředků, soukromou konkurenci. Americký vědec Craig Venter oznámil, že se svou firmou Celera rozluští lidský genom do roku 2001. Venter, který posuzuje DNA jako software života, použil nepřesnější, ale rychlejší metodu známou jako „brokovnicová technika“. Kombinoval přitom velký výpočetní výkon svých počítačů s maximální automatizací a hrubou silou. Ne molekulárními nůžkami, ale ultrazvukem rozložil, nebo spíše roztříštil DNA. Sestavování chaoticky fragmentované genomové sekvence by měly převzít počítače. Únavnou puzzle práci tak nechal Venterův tým za sebou. Chyba, protože 40 procent lidského genomu se skládá z vysoce se opakujících sekvencí. Venterův projekt velkých dat byl odsouzen k neúspěchu, protože počítače tyto opakující se sekvence nemohly správně sestavit.

Obě strany pak částečně spolupracovaly. Celera se nadále soustředila na rychlost, projekt lidského genomu na důkladnost. Spolupráce se vyplatila především pro Ventera, který si ušetřil práci na mapování, a přesto byl stále schopen přistupovat k tomuto navigačnímu systému DNA.

Dva roky po vstupu Ventera byla ohlášena pracovní verze lidského genomu a 12. února 2001 byla prezentována. Veřejný projekt lidského genomu a soukromá firma Celera určily přesnou posloupnost 3,2 miliardy genových bází. Projekt, který vypadal ještě v předcházejícím desetiletí jako sci-fi, byl dokončen o čtyři roky dříve, než očekávali i ti největší optimisté.

Projekt sestavení lidského genomu představuje vrchol historie vědy. Otevřel dveře do nového světa pro lékařský výzkum. Od sekvencování DNA pro léčbu rakoviny až po editaci genů, eticky kontroverzní manipulaci s genomem: dešifrování genomu vytvořilo nové chápání přírodních plánů - s občasným překvapením. Ukázalo se tak, že lidský genom má mnohem méně genů, než se očekávalo. Existuje jich zhruba 20 000 až 25 000 - jen dvakrát tolik, než jich má třeba moucha.

Mamutí projekt však také odhaluje podstatu veřejného výzkumu: Venterova společnost podala v říjnu 2000, čtyři měsíce před oficiálním zveřejněním úspěšného sekvencování, přibližně čtyři tisíce patentů. To jí vyneslo pověst bezohledného privatizátora veřejných výzkumných služeb - a pravděpodobně také bohatý výnos, jelikož mnohé z těchto patentů vedly k vytvoření léčivých přípravků.

Projekt genomu může být chápán jako podklad k návrhu nové zdravotní péče: velké datové společnosti, zejména Alphabet jako mateřská společnost Googlu, a nesčetné start-upy se podílejí na lékařském podnikání. Tím je zajištěn efektivnější výzkum, rychlejší spouštění produktů a širší privatizace.

Lékařské údaje se shromažďují všude, na klinice, u lékaře, ale především v každodenním životě. Chytrý telefon je již dostačující k tomu, aby biometricky sledoval naše vlastní tělo. Medicína se stala digitální, protože naše životy se staly digitálními. Expert PwC Michael Burkhart věří, že nové technologie zdravotní péči nejen zlepší, ale také ji zlevní. Podle studie společnosti PwC by se náklady na zdravotnictví a s nimi související výdaje v Evropě mohly do roku 2027 snížit o téměř 200 miliard eur.

Podobným předpovědím se ale v našem prostředí věří dost těžko. Stačí si jen připomenout, jaké problémy provází nasazování elektronických receptů a neschopenek. Jako vždy se zvedne vlna odporu, tvrdící, že kvůli povinnosti mít počítač a internetové připojení skončí nemalé množství soukromých praxí, že nebude mít kdo léčit atd. Těžko si pak představit, že v blízké budoucnosti budou naši lékaři a naše zdravotnictví přecházet na digitální režim a využívat big data a jejich analýzu.

Zodpovědnost za vlastní zdraví se shoduje s datovými technologiemi

Nové digitální technologie nahrávají současnému trendu, který tvrdí, že každý je zodpovědný sám za sebe. Pomáhají k tomu analýzy velkých dat a vlastní měření. Sociální úroveň je upozaďována a odpovědnost se předává jednotlivcům. Už to nejsou poměry, které je třeba změnit, ale vlastní chování. Tato filozofie je efektivní jen částečně, protože nutí přetvářet samotné lidi. Tímto problémem a vůbec důsledky personalizované datové medicíny se vážně zabývá i dnešní sociologie.

Sociolog Stefan Selke z vysoké školy v německém Furtwangenu se domnívá, že velká data a vlastní měření mohou vést ke zhroucení solidární společnosti. Vypracoval termín racionální diskriminace: „Metody měření vytvářejí digitální poražené a vítěze. Tímto způsobem jsou výkonní odděleni od těch, kteří se,jen vezou‘, ti, kteří náklady vytvářejí, od spořičů nákladů, zdraví od nemocných a užiteční od těch, kteří spotřebovávají. A dochází k transformaci někdejší,viny‘ na moderní,sebeodpovědnost‘.“

Ale racionální diskriminace má podle Selkeho ještě jiný rozměr: „Pokud popis pomocí dat rozostří osobnostní obrysy osoby, znamená to z dlouhodobého hlediska vytvoření jednorozměrného obrazu člověka. Pokud lidé ztrácejí osobní vlastnosti a jsou popisováni pouze pomocí dat nebo výsledků, je možné s nimi jednat mnohem bezohledněji a lhostejněji. Je pak snadnější na nich páchat násilí.“

Toto násilí se může projevit odmítáním odměn a zdrojů. Rovněž je možné zabránit přístupu ke vzdělání, bezpečí nebo spotřebě a způsobit sociální vyloučení. V extrémním případě to Selke nazývá fyzickým zničením. Racionální diskriminace postupně mění způsoby zacházení s lidmi a vytváří etické problémy, při nichž jde o existencionální rozhodnutí. „Ztráta osobnosti je takřka prapůvodní argument proti kvantifikaci: když se z lidí stanou očíslovaná těla, otevře to cestu k násilí.“

Špionážní pilulka: Kontrolu jednoduše spolkněte

Slib digitalizovaného lékařství zní téměř vždy stejně: větší efektivita. Hrozbou je obvykle větší dohled. Lék AbilifyMyCite je první „chytrá pilulka“ schválená Ministerstvem zdravotnictví USA. Předepisující lékař může určit, zda a kdy má pacient své léky užívat. Tableta funguje bez baterie a sestává z mědi, hořčíku a křemíku, stejně jako léčivé látky. Když je pilulka rozložena žaludeční kyselinou, produkuje elektrický signál. Ten je zaznamenán rádiovou náplastí na hrudi a odeslán do smartphonu. Odtud se údaje dostanou do cloudu, kde k nim mají přístup lékaři nebo pečovatelé.

Vysílací pilulka je předzvěstí lékařské cesty do sebe sama. Už několik let výzkumníci experimentují s řetězci DNA, které pomocí počítačových programů skládají do různých tvarů. S touto DNA origami se dají postavit nanotrubice, které monitorují v miliardách kopií imunitní systém pacienta, nebo dokonce vykonávají terapeutické úlohy. Profesor Selke předpovídá ve své knize Lifelogging: „Nanotechnologická miniaturizace a biotechnologie umožní fyziologickou penetraci do těla. Technologie bude kolonizovat tělo jako předtím okolní svět.“

V případě chytré tablety AbilifyMyCite se jedná o neuroleptikum, které se používá k léčbě schizofrenie, deprese a bipolárních poruch. Zda pacienti, kteří mohou být souženi paranoidními představami, budou důvěřovat špionážní pilulce, je druhotnou záležitostí v porovnání s tím, když dojde na debatu o penězích. Podle studií některých výzkumných ústavů údajně způsobí jen v samotných USA chybějící důvěra v léčbu náklady ve výši 100 miliard dolarů ročně.

Argument úspor je předložen pro každou inovaci. Realita je však často odlišná, protože umělá inteligence není všelék: „Také pravděpodobně proto, že u mnoha onemocnění je pokrok v léčbě na prvním místě a stále ještě zaostává za zlepšením diagnózy.“

Ve zdravotnictví šlo vždy nejen o léčení, ale také o peníze a důvěru. Nyní se objevuje další externí faktor - data. Zda každému pacientovi opravdu pomáhají, nebo spíše škodí, ještě není vyřešeno. Michael Burkhart z PwC říká: „Musíme si také položit otázku, jestli jsou nové technologie dostatečně zralé a pacient má v ně důvěru, například díky tomu, že mu bude zajištěna kontrola nad vlastními daty. Další překážku vidím v systému odměňování zdravotnictví, které oceňuje terapii, ale ne úspěch - takže bych požadoval nový kompenzační systém, ve kterém by měl slovo i samotný pacient.“

Foto autor| Foto: Getty Images; DPA/Picture Alliance; IBM

Foto popis| Nejslavnějšímu dítěti světa je 40 let První dítě ze zkumavky, Louise Brownová, zde s matkou a lékaři Robertem Edwardsem a Patrickem Steptoem, spatřilo světlo světa a médií 26. července 1978. Dnešní asistovaná reprodukce je každodenní lékařskou rutinou.
Foto popis| Doktor Watson se učí pro život svých pacientů: díky strojovému učení může platforma umělé inteligence Watson společnosti IBM získávat nové závěry pro léčbu rakoviny z obrovského množství odborné literatury.
Foto popis| Projekt lidského genomu předznamenal století digitální medicíny. Sekvencování lidské DNA bylo možné provést pomocí inovativních metod a nasazením analýz velkých dat.
Foto popis| Informační pilulka Při kontaktu s kyselinou žaludku vysílá AbilifyMyCite impulz k rádiové náplasti. Odtud jde informace do aplikace v telefonu, která odešle data do cloudu. Pak doktor, Google a zpravodajské agentury vědí, že pacient pilulku opravdu spolkl.
Foto popis| Zdravotní nositelná elektronika: Zdravý růst Fitness trackery, sportovní hodinky a další digitální společníci z oblasti zdravotních pomůcek udržují bilanci svých výrobců zdravou.
Foto popis| Počet zdravotnických aplikací, které používají pacienti na celém světě pro sledování a ovlivňování své zdravotní kondice Statistika z roku 2017 ukazuje, že už loni více než 50 procent uživatelů mělo na svém telefonu 1 až 2 zdravotnické aplikace.
Foto popis| Digitální index zdraví: Švýcarská společnost dacadoo provozuje zdravotní scoring pro společnosti, pojišťovny i soukromé osoby. Využívá sběr dat pomocí mobilních aplikací, sociální sítě, techniky gamifikace a analýzu velkých dat.
Foto popis| Člověk jako datový stroj: Podle vlastních dat dacadoo zjednodušuje zdravotní stav člověka na číslo mezi 1 a 1 000. Tělesný a zdravotní stav a životní styl jsou zahrnuty do skóre.
Foto popis| Turci nemají strach před robotickými lékaři Ochota svěřit se lékaři s umělou inteligencí souvisí mimo jiné s úrovní lékařské péče ve venkovských oblastech. Připraveni důvěřovat lékaři založenému na využití umělé inteligence Nepřipraveni důvěřovat lékaři založenému na využití umělé inteligence