《明日醫學》:如何讓AI生吞活剝資訊之餘,對革新健康醫療有具體作為?

《明日醫學》:如何讓AI生吞活剝資訊之餘,對革新健康醫療有具體作為?
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其實,這原則適用於數位化醫學的整體發展:未來醫學將被DNA分析資料、所有病歷檔案,以及愈來愈龐大的臨床試驗與研究專案資料庫推著往前邁進。

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文:湯瑪斯.舒茲(Thomas Schulz)

癌症的病程發展,基本上是個資訊工程問題

九十九號建築的極深處,在一個擺滿監視器的無窗空間裡,伊凡.塔洛波夫(Ivan Tarapov)正在做攝護腺腫瘤的3D觀測,在一張張新完成的電腦斷層攝影圖片中愈挖愈深,為的是規劃出合宜的放射線治療計畫。而隔壁的實驗室中,迪絲妮.譚(Desney Tan),醫學資訊工程專家,則正忙著自電子捕蚊陷阱中把蚊子刮出來,而後將繼續研究其中的茲卡病毒或其他病原體。不過,此處卻無人穿著白袍,護士與醫師在哪裡?這裡也沒有病床,取而代之的是一排排緊鄰的伺服器,走廊牆上則掛著比爾.蓋茲的肖像。

九十九號建築,四層樓高,長寬各一百公尺,坐落於鄰近西雅圖的針葉林中,這裡不是醫院,而是微軟的研發總部。該集團近期內已安排數千名科學家投入各種新穎的研究專案中,同時也有許多專家正研擬著新的事業模式,但這些心力投注的方向與Windows、Word與Excel愈來愈無關,反而經常與癌症、幹細胞,以及治療法與藥物相關。「真的很令人振奮,好期待,簡直不知在醫學方面會有什麼樣的發展,我的老天。」彼得.李(Peter Lee)說,他是微軟研發團隊的負責人,網路安全領域教授,並且是隸屬美國國防部的頂尖研究學者。他本是個嚴肅冷靜的資訊工程師,但只要一提起醫學相關話題,他的興奮之情就會溢於言表:「醫學已經成熟到可以掀起革命了!」而這都要拜數位化之賜,感謝科技的進步。

微軟以「Healthcare NExT」為名在醫學方面投注心力,為的不外乎「促進健康醫療系統的轉型」,彼得.李說。期望在努力之下,醫學研究能持續向前發展,醫療照護因新式療法而得到改善,醫師有機會使用新設備,並從而減輕患者與政府的財務負擔。該集團已有數十個相關專案進行中。有些是很實用的,例如新式語音辨識系統,方便醫師在檢查過程中,將觀察心得同步口述輸入電腦,免去事後再聽錄音打字的工作。而有些則是較具前瞻性,有如醫學登月計畫,眼光放在個人醫療的未來,將診斷以及為每人量身打造的療程,植基於基因組分析上。微軟研究人員稱之為「計算癌症」(computing cancer),即運用電腦戰勝癌症:新式演算法將助醫療人員更加了解造成疾病的根源,機器智慧使得基因組分析日趨完美,藥物的雞尾酒式調配更加精進,而新式資訊工程處理法則將破解基因密碼,並將如電腦軟體般加以編輯。

「我們若能控制與調節癌症,這種病就會變得跟其他慢性病一樣,問題就解決了。」雅思敏.費舍(Jasmin Fischer)說。她是英國劍橋大學(University of Cambridge)教授,與微軟有密切的合作。那還要多久才能到達這種地步呢?「我想,某幾種癌症應該五年內便可辦到,但十年之內一定能全面適用。屆時我們就非常可能會有個無癌症的世紀。」這是癡人說夢嗎?還是頭殼壞去?絕對不是,克里斯多福.畢修普(Christopher Bishop)說。他是微軟英國劍橋研究實驗中心負責人,資訊工程教授,英國皇家學會(Royal Society)成員,世界級的人工智慧專家。「我覺得,這根本就是微軟的拿手絕活,因為我們在資訊工程方面有豐富的經驗,而癌症的病程發展,基本上是個資訊工程問題。」

微軟許多專案的發展,是因人工智慧的進步而向前推進,「這是電腦發明以來,資訊科學領域轉變最劇烈的一次。」畢修普說。「資訊科學發生了動搖根本的核心變化:軟體不再由人一手打造,而是會自行從所吸取的資訊中學習與發展。」聽起來好像沒什麼,但在接下來幾年中,我們便會察覺到其無所不在的影響,「可以說,我們生活中各方面都會有所改變。」畢修普又說。所以當務之急便是:如何讓此軟體與機器在生吞活剝無數資訊之餘,能真正更加理解這世界,並具體作為革新健康醫療體系之用?而這個就是荷泛.彭恩(Hoifung Poon)的工作了,他是資訊工程博士,微軟的基礎科學研究員,常把這種話掛在嘴邊:「醫學是很不明確的,但智慧型機器終於可以改變這種狀態。」

彭恩負責「漢諾瓦計畫」(Project Hanover),該計畫的目標是研發供精準醫學使用的人工智慧。微軟所跨出的第一步,是教導機器閱讀,讓機器也能理解文字,因為大多數的醫學知識是以文字形式呈現:數十億篇章的科學文獻內,蘊藏了無數生物發展過程、治療機制與臨床試驗資訊。目前最大的資料庫裡,已存有兩千七百萬份醫學論文可供數位存取閱讀。全球還有上千上萬的癌症研究,其研究成果也陸續公開發表中。但誰有辦法讀完這麼多內容呢?「只有機器辦得到。」彭恩說。

微軟已建立了一個公開且可自網路進入的人工智慧系統:醫師填入不同的搜尋項目,例如蛋白質與某種藥物名稱,軟體就會開始爬梳所有文獻,找出現有相關資訊再加以組合。該軟體不僅要有秒刷龐大資訊量的能力,還得有辦法正確詮釋以下這種句子:「p70(S6)激酶參與人類免疫缺陷病毒gp41包膜蛋白在人類單核細胞IL-10上調的作用。」

未來,在機器的支援之下,醫師要為個別病人擬定更精準的醫療計畫,應該會更加便利。尤其,經由基因組分析來進行個人化癌症療法,將愈來愈可行。然而,目前仍只有少部分病人受惠,因為工程實在太浩大:通常需要一打以上的專家來共同研擬治療計畫,而且這些人還得掌握目前所有科學進展才辦得到。況且也並非所有治療法都已成熟。為了更清楚描繪這景況,彭恩展示了一張皮膚癌病患的照片,該病患全身都已布滿了腫瘤。下張照片,則是其個人化癌症療法的成果,全身腫瘤幾乎都已消失。但第三張照片,腫瘤卻都又回籠,治療後數週,癌症又突變了。

因此,醫師只好不斷以不同的藥物組合,來對付這些突變再突變的癌症。但是,到底該如何為每個人找到那個正確的組合呢?數以百萬的病患?目前,核准使用的癌症治療有效成分約有兩百種,並有一千兩百種相關藥物臨床試驗發展中。任何兩種成分的組合都可得出十萬種可能性,若隨意組合三個成分以上就逼近三億種。而製藥工業目前慣用的方法,也就是一種一種組合慢慢去試驗,實在無效率到讓人絕望的地步。彭恩看到了其中的「瓶頸」,正是機器可以突破與拓展的地方。輸入了病患基因組與癌症類型資料的智慧型軟體,在遍覽醫學文獻後,便可提出可能會有最佳療效的藥物組合建議。「期望從此以後,尋尋覓覓新療法只需數月,而非一個世紀。」彭恩說。

至於這個願望可否實現,微軟正與奧勒岡的騎士癌症研究所(Knight Cancer Institute)合作進行試驗。該所醫師多年來不斷嘗試治療白血病的各種新組合,現存藥物可有一萬一千零二十六種組合療法,過去兩年他們已試了一〇二種。微軟的機器將其餘約一萬種組合掃了又掃,並為目前進行中的試驗,提供各種適合的雞尾酒療法建議給腫瘤專家參考。對於微軟來說,這只是人與機器合作的新世界開端,中程目標是希望能改變整體醫學現況:「我們期望能打造出一種有助於決策的系統,」彭恩說,「一種能評估所有資訊的機器,為的是能給予專家建議,並且經由與人互動的過程繼續學習。」

微軟的主管級人物老是不斷強調,他們所做的一切並非想取代醫師,而是由機器來「代勞繁瑣的工作,以減輕醫師的工作負荷」,哈達絲.碧特恩(Hadas Bitran)說,她是微軟以色列分公司的人工智慧專家。她教導機器與人交談。她的部門研發出一種「虛擬健康醫療助手」,目前已有許多醫院進行測試中。病患有不舒服症狀時,可上醫院網站尋求諮詢,只是與其對話的並不是醫院護士,而是電腦。該機器已被餵入就診相關資訊,並可進入所有醫療資料庫中搜尋。

測試內容約略如此:

「我的腿會痛。」患者寫道。而機器則以一張腿部的圖片回覆:「哪裡痛?」

「小腿肚。」

「若以一到十來形容痛感,有多痛?」

「七。」

「什麼時候開始痛的?」

「星期日。」

「您剛搭了長途飛機嗎?」

「是的。」

「有呼吸急促嗎?」

「有。」

接下來還有一些就診時的相關問題:您目前懷孕嗎?抽菸嗎?是不是運動時受的傷?

最後,該軟體決定:「您可能有血栓,請立刻來就診。」同時該機器也自行編列了一個病歷號碼,並自動把蒐集到的資訊傳送給看診醫師,也可應要求將家庭醫師那裡的所有電子病歷一併送達,滑鼠一按就可開放。

這種應用軟體能存取的個人資訊愈多,愈能運作良好。其實,這原則適用於數位化醫學的整體發展:未來醫學將被DNA分析資料、所有病歷檔案,以及愈來愈龐大的臨床試驗與研究專案資料庫推著往前邁進。

微軟推出線上app應用軟體「Healthvault」,以健康醫療保管箱概念,提供大家將所有敏感醫療資訊儲存於雲端的管道,無論是正式的醫師診斷報告,或僅是智慧型手機上的計步資訊都可存,並可選擇開放某些資訊供醫師或保險公司使用。Google與蘋果也有提供類似的應用軟體,這些科技巨人估計,病患可能會想把X光片儲存在自己存放相片與電子郵件的同一地方。這樣既簡單又方便,也是數位世界消費者最終所重視的。

Google與Facebook在個人資訊處理方面雖然常為人詬病,但其使用者人數仍然與日俱增。兩個集團都信誓旦旦地說,會盡速自過往資訊使用與安全的錯誤中學習經驗,然後反轉局面,讓自己成為當今無人能及,最能保證資訊保存安全的專家。「我們有兩個基本訴求:大家應該要自行保有醫療資訊,並且可隨時存取與收回。」微軟研發負責人彼得.李說。

不過,真有人願意把攸關性命的資訊,全部交付在某個集團手中嗎?萬一,帳號被駭怎麼辦?而且,誰知道它們背地裡把我們的資料拿去做了什麼?這種以個人資料為基礎的預防醫學,也就是Verily、微軟與其他科技集團正在進行的模式,對於我們的個資與敏感資料來說,實在具有莫大的潛在危險。二○一五年時,美國安泰醫療保險公司就曾被駭,七千九百萬筆病患資料遭殃。泰瑞莎.佩頓(Theresa Payton),白宮前首席資訊長,目前為網路資訊安全公司Fortalice執行長,也曾預測健康醫療資訊將會愈來愈受駭客青睞。這麼說來,難道最好把所有醫療資訊通通撤下嗎?

只是,唯有讓醫師能更快速、更全面地掌握所有資訊,灌輸學習型機器足夠多的資料,並且從而產生更多資訊可供使用,科技醫療的偉大願景才有可能實現:包括新式藥物、個人化療法,更健康的人生等等。而這一切,值得犧牲個人資料去獲得嗎?諸如此類的質疑不斷有人發聲,感到愈來愈迫切,而隨著醫學與生物學繼續進步,相關論戰想必只會愈演愈烈。

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書籍介紹

本文摘錄自《明日醫學:終結絕症×訂製基因×永生不死,迎接無病新世紀》,寶鼎出版
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作者:湯瑪斯.舒茲(Thomas Schulz)
譯者:林琬玉

是基因科技新時代的黎明時刻,抑或是擊潰社會正義的黑暗時代?
——關鍵就在於我們抱持何種態度,以及對這場醫療革命的認識多寡!

治癒阿茲海默症、戰勝癌症、多活數十年⋯⋯
基因操控、製造人工器官、把人腦與機器連結⋯⋯
《星際爭霸戰》、《艾莉塔》不再是空談
運用新技術解碼並重寫命運的未來,近在咫尺

在矽谷,這個向來被視為孕育超凡理念、改變世界發展的完美溫床,一場撼動人類生命的重大變革已鋪天蓋地襲來:這回是醫學發展上的一波新高峰。科技巨擘如Google、微軟、Facebook和IBM,以及無以計數的新創公司,藉由演算法、人工智慧與大數據分析等快速發展的新技術,正爭相致力於為個人量身打造完美的診療方法,除了要在這個全球商機上兆的領域奪得一席之地,更要引領眾人前往一個更健康且更長壽的無病時代。

《明鏡週刊》駐矽谷特派員湯瑪斯.舒茲,以獨家管道深入矽谷祕密研究實驗室與工作現場,匯集超過150次以上的訪談內容,以觀察入微的細膩筆觸帶領讀者由淺入深,一窺這個當紅產業的獨家內幕:

  • 抗病之戰:影像辨識、AI深度學習、免疫療法的躍進,不僅讓阿茲海默症、帕金森氏症、癌症等絕症的治癒之路出現一絲曙光,以往模糊難辨的心理疾病也能藉由大數據分析、穿戴裝置更加精確有所進展。
  • 基因編輯:治癒失明、訂製寶寶、遏止傳染病……只需要運用「CRISPR」這把便宜又簡單的「基因剪刀」,人類想一手掌握自己的完美進化已不是夢,甚至還能製造出符合需求的實驗鼠,讓臨床研究進程跨進一大步。
  • 人工器官:影集《西方極樂園》中所呈現的3D列印技術,若能使用在醫療領域上會是何種光景?人體器官組織都能人工製造,不必再苦等適合的捐贈器官;更有研究人員正努力製出合成精子、卵子,未來生命很可能完全於實驗室中誕生。
  • 腦機共生:用說的太麻煩,直接心電感應如何?矽谷工程師致力研發可植入大腦的晶片或穿戴式大腦數據機,擷取腦中的語言訊號並轉換成文字,不僅能夠協助癱瘓、失明、語言障礙患者溝通,也可以更精確地與電腦交流。
  • 長生不老:我們是否能拜未來醫學之賜而青春永駐?藉由尋找隱藏在年輕血液之中,和老化相關的生物標記,或是運用幹細胞讓身體重開機,也許未來人人都能健康地活到兩百歲。

作者不僅在本書中闡述各種彷彿來自幻想的先進技術,說明未來醫學將為我們每個人帶來何種機會與風險,更不忘大聲疾呼,眾人應一併思索與面對那些隨之而來、在政經與醫療政策方面的各方衝擊與挑戰:這場醫療革命將導致未來療程更加客製化,其費用卻也將愈發高昂;基因編輯得以讓嬰兒免於先天疾病的傷害,但是否會產生副作用卻未可知;為了讓治療更加精確而提供的個資,是否有被濫用的疑慮?道德底線該設在何處?遙望未來,無論是政府、企業或個人,都得去設想不斷進化的醫療技術將產生的衝擊與課業,唯有調整至正確的發展方向,才能自這個即將開展的醫療新世界中受益。

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Photo Credit: 寶鼎出版

責任編輯:潘柏翰
核稿編輯:翁世航

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