全球有超过5500万人患有阿尔茨海默病。这5500万人正在努力记住。而人工智能（AI）作为一种著名的“记忆”技术，能否记住数十万次MRI扫描和血液检测的结果，并将其应用于我们对这种疾病的理解、诊断和治疗中呢？
南加州大学（USC）凯克医学院和南加州大学维特比工程学院的研究团队，由保罗·汤普森（Paul Thompson）领导，正在进行这样的研究。汤普森是南加州大学马克和玛丽·史蒂文斯神经影像与信息学研究所的副主任，同时也是凯克医学院的教授。
人工智能在早期检测中的潜力
2019年，汤普森和他的团队开始使用机器学习技术，寻找早期阿尔茨海默病的潜在血液标志物。这种方法揭示了心血管健康、激素水平和免疫反应等因素在阿尔茨海默病发展中的重要作用，这些因素与众所周知的淀粉样蛋白斑块和tau蛋白一起发挥作用。如今，研究已经进展到使用更复杂的AI技术，如卷积神经网络、视觉变换器和联邦学习。
这些方法可以分析大量的神经影像数据、遗传信息和其他生物标志物，以预测疾病进展并以前所未有的准确性识别阿尔茨海默病的早期迹象。据汤普森介绍，一个算法通过审查超过85,721次MRI扫描和50,876名患者的资料进行学习，而另一个算法则通过分析人类基因组的30亿个字母来寻找阿尔茨海默病的迹象。
“深度学习方法使我们能够预测临床衰退，并发现与阿尔茨海默病相关的基因组标记。”汤普森说，“这些AI模型在从脑部扫描中检测阿尔茨海默病的准确率超过90%，比传统方法有了显著改进。”
合作的力量：人工智能对抗阿尔茨海默病
由汤普森领导的“人工智能对抗阿尔茨海默病联盟”（AI for AD）正在引领这一变革性的旅程。该项目由美国国立卫生研究院（NIH）资助1800万美元，涵盖全美12个研究站点，南加州大学作为牵头单位。
“AI for AD是一个重大项目，旨在通过各种令人兴奋的方式使用AI，发现治疗阿尔茨海默病的方法，开发新药，并找到当前最佳的药物。”汤普森说，他同时也在南加州大学维特比工程学院任职。
联邦学习：安全的合作方法
数据是关键。假设可以访问所有相关的血液检测和MRI扫描，汤普森表示，“AI可以使我们更快地获得最佳治疗方案，而不是浪费时间在那些更可能失败或有严重副作用的治疗上。”但如何保护患者隐私呢？
约瑟-路易斯·安比特（Jose-Luis Ambite），南加州大学维特比工程学院计算机科学副教授兼南加州大学信息科学研究所（ISI）首席科学家，在这项研究中发挥了关键作用。安比特详细介绍了联邦学习，这是一种允许多个站点合作训练AI模型而不共享敏感患者数据的方法，对于他们的成功至关重要。这种方法不仅保护了隐私，还提高了模型的性能。
“联邦学习使我们能够在不实际共享数据的情况下，利用多个医院的数据训练神经网络。”安比特说，“这对于医疗数据尤为重要，因为隐私问题和分享此类敏感信息的难度很大。”
安比特还讨论了确保AI模型的安全性和准确性面临的挑战。“我们加密了神经网络的参数，即使有人截获了数据，也无法访问敏感信息。这种方法已被证明既安全又高效，仅增加了计算过程中的最小开销。”
人工智能在个性化治疗和药物发现中的作用
当前研究中最令人振奋的方面之一是其在个性化治疗阿尔茨海默病患者方面的潜力。通过整合各种类型的数据，AI可以帮助确定基于个体独特基因和临床特征的最佳治疗方法。
“如果我们能够预测阿尔茨海默病的侵袭性和最佳治疗方法，就可以实现个性化护理。”汤普森说，“AI可以帮助分类痴呆症，识别亚型和阶段，甚至确定特定认知领域下降的可能性。”
例如，想象一下62岁的玛丽。玛丽表现出健忘、社交退缩，不再对以前感兴趣的活动感兴趣。她接受了各种临床测试、脑部扫描和血液检测，AI方法检测到血管疾病和升高的脑淀粉样蛋白水平，这两种情况如果及早发现都可以治疗。在治疗脑淀粉样蛋白期间，AI方法检查玛丽的扫描结果，显示她的大脑老化速度减缓，这激励她继续坚持治疗计划。
除了诊断和治疗，该联盟的工作还扩展到药物发现。AI可以识别新的基因组标记，这些标记可能成为未来疗法的目标。该联盟现在正与渤健（Biogen）等制药公司合作，开发创新的成像技术，使跟踪阿尔茨海默病进展和测试新药变得更加容易。
“渤健资助我们开发了一种基于MRI的淀粉样蛋白斑块检测方法，使用一种称为神经风格迁移的技术。”汤普森说，“这种AI驱动的方法可以创建负担得起且广泛可用的淀粉样蛋白扫描，从而有可能在临床试验前对患者进行预筛选。”
展望未来
展望未来，汤普森和安比特对人工智能在阿尔茨海默病研究中的前景充满乐观。安比特强调了多模态AI的潜力，这种AI结合了各种类型的医疗数据，如脑部成像、遗传信息和临床记录，以提高诊断和治疗预测的准确性。
“结合不同类型的数据将增强AI提供准确诊断和有效治疗计划的能力。”安比特说，“我们已经开始看到这种方法的好处，随着我们不断改进模型，只会越来越好。”
汤普森也表达了同样的观点，同时强调了使这些AI工具广泛可用和负担得起的重要性。随着这些技术的不断发展，它们不仅有望改善诊断和治疗，还为数百万受这种毁灭性疾病影响的人们带来了希望。
“我们的目标是确保这些进展能够惠及尽可能多的患者，无论他们身处何地或资源如何。”他说，“我们希望看到这些工具在全球范围内使用，以改善受阿尔茨海默病影响者的生活。”
(全文结束)
