Искусственный интеллект (ИИ) коренным образом изменит медицину и здравоохранение: диагностические данные пациента, например, из ЭКГ, ЭЭГ или рентгеновских снимков, могут быть проанализированы с помощью машинного обучения, так что заболевания могут быть обнаружены на очень ранней стадии на основе тонкие изменения. Однако внедрение ИИ в человеческое тело по-прежнему остается серьезной технической проблемой. Ученые Технического университета Дрездена на кафедре оптоэлектроники впервые преуспели в разработке биосовместимой имплантируемой платформы искусственного интеллекта, которая классифицирует в реальном времени здоровые и патологические паттерны в биологических сигналах, таких как сердцебиение. Он обнаруживает патологические изменения даже без врачебного наблюдения. Результаты исследования опубликованы в журнале Science Advances .
В этой работе исследовательская группа под руководством профессора Карла Лео, доктора Ханса Клеманна и Маттео Кукки демонстрирует подход к классификации здоровых и больных биосигналов в реальном времени на основе биосовместимого ИИ-чипа. Они использовали оптоволоконные сети на основе полимеров, которые по структуре напоминают человеческий мозг и обеспечивают нейроморфный принцип искусственного интеллекта для резервуарных вычислений. Случайное расположение полимерных волокон образует так называемую «рекуррентную сеть », которая позволяет обрабатывать данные, аналогично человеческому мозгу. Нелинейность этих сетей позволяет усилить даже самые незначительные изменения сигнала, которые, например, в случае сердцебиения, часто трудно оценить врачам. Однако нелинейное преобразование с использованием полимерной сетки делает это возможным без каких-либо проблем.
В ходе испытаний ИИ смог отличить здоровое сердцебиение от трех распространенных аритмий с точностью 88%. При этом полимерная сеть потребляет меньше энергии, чем кардиостимулятор. Возможности применения имплантируемых систем искусственного интеллекта разнообразны: например, их можно использовать для мониторинга сердечных аритмий или осложнений после операции и сообщения о них как врачам, так и пациентам через смартфон, что позволяет быстро получить медицинскую помощь.
«Идея объединения современной электроники с биологией прошла долгий путь в последние годы с разработкой так называемых органических смешанных проводников», - объясняет Маттео Кукки, доктор философии. студент и первый автор статьи. «Однако до сих пор успехи ограничивались простыми электронными компонентами, такими как отдельные синапсы или датчики. Пока что решение сложных задач было невозможным. В своем исследовании мы сделали важный шаг к реализации этого видения. мощность нейроморфных вычислений, таких как вычисление резервуаров, используемых здесь, нам удалось не только решить сложные задачи классификации в реальном времени, но мы также потенциально сможем делать это в человеческом теле.. Такой подход позволит в будущем разрабатывать дополнительные интеллектуальные системы, которые могут помочь спасти человеческие жизни ».
