ნეიროქირურგიის პრობლემა ისაა, რომ არაფერს გპატიობს“, – ამბობს ბავშვთა ნეიროქირურგი ელკო ჰოვინგი. სპეციალისტებს ხშირად უწევთ პაციენტის თავის ქალაში შეღწევით დაწყება, რათა უკეთ გაარკვიონ, რა დაავადებასთან აქვთ საქმე.

მაგალითად, ნევროლოგიური სიმსივნეების შემთხვევაში, ხშირად ზუსტი დიაგნოზი არ ვიცით, სანამ თავის ქალას არ გავხსნით ბიოფსიისთვის. ასე მუშაობს „პრინცესა მაქსიმას ცენტრიც“, უტრეხტის უნივერსიტეტის სამედიცინო ცენტრის პარტნიორი, ერთ-ერთი უდიდესი კვლევითი საავადმყოფო ნიდერლანდებში, სადაც ჰოვინგი ნეიროონკოლოგიის კლინიკური დირექტორია. შემდეგ ბიოფსიით აღებული მასალა იგზავნება ლაბორატორიაში, სადაც პათანატომები ახდენენ ტვინის ქსოვილის სეკვენირებას და სწავლობენ მის პროფილს სიმსივნის ტიპის დასადგენად. ეს პროცესი შრომატევადია და შეიძლება ერთი კვირა ან მეტიც გაგრძელდეს. პარალელურად, ლაბორატორიაში მასალის მცირე განივ ჭრილს ყინავენ, სკალპელით თხლად ჭრიან და „გაყინულ კადრს“ მიკროსკოპით აკვირდებიან, ამბობს ჰოვინგი. ეს პროცესი სწრაფია და 15-20 წუთში სიმსივნის ტიპის დადგენის საშუალებას იძლევა, თუმცა, ნელ მეთოდთან შედარებით, ნაკლებად სანდოა.

ეს კი ნეიროქირურგებს დილემის წინაშე აყენებს, რადგან მათ წინ ქალაახდილი პაციენტი წევს. არასრულყოფილი ინფორმაციის საფუძველზე გვიწევს რთული გადაწყვეტილებების მიღება: ნამდვილად სიმსივნეა? და თუ კიბოა, არის თუ არა აგრესიული ფორმა, რომელიც სწრაფად უნდა ამოიკვეთოს? თუ, უფრო მსუბუქი სიმსივნეა, რომლის მკურნალობა ნაკლებად ინვაზიური მეთოდით, მაგალითად, ქიმიოთერაპიითაც შეიძლება?

ჰოვინგი იხსენებს რამდენიმე წლის წინანდელ შემთხვევას, როდესაც ოპერაცია გაუკეთდა ახალგაზრდა პაციენტს, რომელსაც სწრაფი მეთოდით მეტად ავთვისებიანი ემბრიონული სიმსივნე – ატიპური ტერატოიდური რაბდოიდური სიმსივნე (ATRT) დაუდგინდა. ჰოვინგმა რადიკალური რეზექციის გადაწყვეტილება მიიღო. მან ფრთხილად ამოკვეთა სიმსივნური ქსოვილის 98%-ზე მეტი. ეს ფრთხილი და ფსიქიკურად დამქანცველი პროცესი იყო, რომელიც რამდენიმე საათის განმავლობაში აბსოლუტურ კონცენტრაციას საჭიროებდა. ოპერაციის შემდეგ პაციენტმა ერთ მკლავზე მოძრაობის კონტროლი გარკვეულწილად დაკარგა. 

ათი დღის შემდეგ, როდესაც ლაბორატორიიდან პასუხი მოვიდა, აღმოჩნდა რომ ეს უფრო მსუბუქი სიმსივნე იყო და სულაც არ განეკუთვნებოდა ATRT-ს. „ეს იყო გერმინომა და მისი მკურნალობა ეფექტურად შეიძლებოდა დასხივებითა და ქიმიოთერაპიით“, – იხსენებს ჰოვინგი. შეზღუდული ინფორმაციის ფონზე მან შეძლებისდაგვარად საუკეთესო გადაწყვეტილება მიიღო. „რადიკალური რეზექცია საუკეთესო განზრახვა იყო, მაგრამ დღევანდელი გადასახედიდან, ეს არ უნდა გამეკეთებინა“.

ჰოვინგი ამჟამად „პრინცესა მაქსიმას ცენტრის“ კვლევითი გუნდის წევრია, რომელიც ხელოვნური ინტელექტის დახმარებით 2023 წლიდან ატარებს სიმსივნეების მყისიერი აღმოჩენის ექსპერიმენტებს. ის ხელოვნური ინტელექტის მოდელს იყენებს, რომელიც Sturgeon-ის სახელწოდებითაა ცნობილი. ამ მოდელით შესაძლებელია ტვინის სიმსივნეების კატეგორიზაცია 90%-იანი სიზუსტით, 40 წუთში ან უფრო ნაკლებ დროში. ეს დრო კი საკმარისია ქირურგისთვის ოპერაციის დროს ინფორმირებული გადაწყვეტილების მისაღებად. „პათანატომები მაინც ამოწმებენ თითოეულ სასაგნო მინას“, – ამბობს ბასტიან ტოპსი, „პრინცესა მაქსიმას ცენტრის“ ბავშვთა კიბოს პათანატომიური ლაბორატორიის ხელმძღვანელი. ხელოვნური ინტელექტი მხოლოდ ინფორმაციის დამატებითი წყაროა. 

პროექტი 2022 წლის დასაწყისიდან იღებს სათავეს, როდესაც ტოპსმა შეიტყო, რომ მისი კოლეგა, მოლეკულური მედიცინის ცენტრის წამყვანი მკვლევარი და ასოცირებული პროფესორი, იერუნ დე რიდერი დიდ ნაბიჯებს დგამდა მოლეკულურ სეკვენირებაში ახალი და შედარებით იაფი ხელსაწყოს, ნანოფორული სეკვენატორის გამოყენებით, რომელსაც დნმ-ის ძაფების წაკითხვა შეუძლია.

ტოპსს დაებადა იდეა: იქნებ ეს სეკვენატორი გაეერთიანებინათ რომელიმე დახვეწილ სწავლის ალგორითმთან, რათა მკვეთრად დაჩქარებულიყო სიმსივნის იდენტიფიცირება.

ის დაუკავშირდა დე რიდერს. „მან თქვა, რომ ნანოფორული სეკვენირების გარკვეული პოტენციალი დაინახა ზესწრაფ დიაგნოსტიკაში“, – იხსენებს დე რიდერი, რომელიც მაშინვე წავიდა ტოპსის ოფისში. „ერთად დავსხედით და იდეების ჩამოყრა დავიწყეთ“.

ნანოფორული სეკვენატორი პატარა მოწყობილობაა. მისი ფასი 2000 დოლარიდან იწყება, რაც შედარებით იაფია სამედიცინო კონტექსტში და ამიტომ იმედისმომცემია განვითარებადი ქვეყნების საავადმყოფოებისთვის. გარეგნულად ის სტეპლერს ჰგავს და ლეპტოპს USB-თი უკავშირდება. მისი მუშაობის პრინციპი ეფუძნება პაწაწინა ხვრელების – ნანოფორების მქონე მემბრანაში დნმ-ის ძაფის გატარებას. თითოეული ნანოფორი დაკავშირებულია ელექტროდთან და სენსორთან, რომელიც ზუსტად აფიქსირებს სისტემაში ელექტროდენის წყვეტას, როდესაც დნმ-ის ძაფი ხვრელში გაივლის. შედეგად ვიღებთ უნიკალურ სიგნატურას, რომლის გაშიფვრა შესაძლებელია ნუკლეოტიდების თანმიმდევრობად. ამავდროულად, მკვლევრები იყენებენ Sturgeon-ს კიბოს ტიპის დასადგენად.

დიდ დაბრკოლებას წარმოადგენს არასრულ, ფრაგმენტულ მონაცემებთან მუშაობა, ამ შემთხვევაში მოლეკულურ დონეზე. დე რიდერი ამ პრობლემას კონკრეტული მაგალითით აღწერს: „პრობლემა, რომელიც ხელოვნურმა ინტელექტმა უნდა გადაჭრას, ასეთია: შეუძლია თუ არა კომპიუტერს, სპილოს სურათის ფრაგმენტით ამოიცნოს, რა არის გამოსახული?“ ვთქვათ, გვაქვს გამოსახულების მხოლოდ ერთი პროცენტი, მაგალითად, სპილოს ხორთუმის რამდენიმე ნაცრისფერი პიქსელი, ხოლო დანარჩენი 99% არ არის ცნობილი ან გაუგებარია. „შეგვიძლია შევქმნათ ისეთი ხელოვნური ინტელექტი, რომელიც მაინც ამოიცნობს, რომ სურათზე სპილოა გამოსახული?“ – კითხვას სვამს იგი. „ჩვენ სწორედ ასეთი ხელოვნური ინტელექტი შევქმენით“.

კიდევ ერთი სირთულე, განსაკუთრებით ბავშვის ტვინის სიმსივნეებთან დაკავშირებით, არის ის, რომ საავადმყოფოები წელიწადში ასამდე შემთხვევას ამუშავებენ, რაც მონაცემთა სიმცირის პრობლემას ქმნის. Sturgeon-ის მსგავსმა ხელოვნურმა ინტელექტმა სიმსივნის იდენტიფიცირების სწავლა რომ დაიწყოს, მონაცემთა ბაზაში ათასობით შემთხვევა უნდა იყოს შეყვანილი (შედარებისთვის შეიძლება მოვიყვანოთ ChatGPT, რომელიც ინტერნეტში მილიარდობით თავისუფლად ხელმისაწვდომ წინადადებაზე ვარჯიშობს). როგორ შევძლოთ ასე მცირე რაოდენობის მონაცემის საფუძველზე ზუსტი დიაგნოზის დასმა, როდესაც შედარებისთვის უზარმაზარი მოცულობის მონაცემია საჭირო? დე რიდერისა და ტოპსისგან ამ თავსატეხის ამოხსნა კრეატიულობას მოითხოვდა.

კოლეგებმა მოიპოვეს სიმსივნის სინჯების მონაცემები, რომლებიც მათ ადრე გამოქვეყნებულ კვლევებში მოიძიეს. „დაახლოებით 3000 სინჯის მონაცემი გვქონდა“, – ამბობს დე რიდერი. „ეს არც ისე ბევრია“.

მაგრამ ამ 3000 სინჯიდან მათ შეძლეს მილიონობით უნიკალური სიმულაციური ნანოფორული თანმიმდევრობის შექმნა, რომლებსაც Sturgeon-ის გასავარჯიშებლად იყენებდნენ – ნეოსავით, „მატრიცაში“ რომ კუნგ ფუს საუკუნოვან წვრთნას ჩაიტვირთავს თავის ტვინში. „ჩვენ ეს გავაკეთეთ 45 მილიონჯერ, რათა მიგვეღო მონაცემების საკმარისად დიდი ნაკრები ძალიან კომპლექსური ქსელების გასავარჯიშებლად. და აი, შედეგიც მივიღეთ“, – ამბობს დე რიდერი.

მიუხედავად იმისა, რომ Sturgeon-ი უკვე გამოიყენება რეალურ დროში დიაგნოზის დასმის დასახმარებლად, „პრინცესა მაქსიმას ცენტრის“ გუნდი დამატებითი კლინიკური ცდების ჩატარებას აპირებს. თეორიულად, მოლეკულური სეკვენირება, ტვინის სიმსივნეების გარდა, სხვა დაავადებებისა და პათოლოგიური მდგომარეობების დიაგნოსტირებისთვისაც შეიძლება იყოს გამოყენებული, როგორიცაა მელანომა, ფილტვის სოკოვანი ინფექციები და სისხლთან დაკავშირებული იშვიათი დარღვევები, მაგალითად, როგორიცაა მიელოფიბროზი. დნმ-ის გამოყენებამ იშვიათი ან ძნელად დიაგნოსტირებადი დაავადებების მყისიერი ამოცნობისთვის შეიძლება რადიკალურად შეცვალოს მედიცინის სურათი. ზოგიერთი მეცნიერი უკვე ვარაუდობს, რომ ნეიროქირურგიაში შესაძლებელია ხელოვნური ინტელექტის ქირურგ რობოტებთან დაწყვილება რთული პროცედურების ავტომატიზაციისათვის. ამავდროულად, ჰარვარდისა და Google-ის მკვლევრებმა ახლახან შექმნეს ტვინის ქსოვილის 1 მმ3-იანი მონაკვეთის პირველი სამგანზომილებიანი რუკა, რომელიც შეიძლება დაგვეხმაროს იმის უკეთ გაგებაში, თუ რატომ ვფიქრობთ ისე, როგორც ვფიქრობთ, როდის ჩნდება კოგნიტიური დარღვევები ან, თუნდაც – როგორ შევიგრძნობთ ემოციებს.

პროგრესი ნელი და ეტაპობრივია. სამედიცინო მარეგულირებლებისთვის ჯერ კიდევ დასადასტურებელია Sturgeon-ისა და სხვა მსგავსი ტექნოლოგიების უსაფრთხოება. „ჩვენ ეს უნდა დავამტკიცოთ“, – ამბობს ჰოვინგი.

მიუხედავად იმისა, რომ ჰოვინგი თავდაპირველად სკეპტიკურად უყურებდა მედიცინაში ხელოვნური ინტელექტის გამოყენებას, მოგვიანებით მისი გულმხურვალე მხარდამჭერი გახდა. წარმოიდგინეთ, 10-15 წელიწადში ნეიროქირურგი აღჭურვილი იქნება ხელოვნურ ინტელექტთან დაკავშირებული სათვალით, რომელსაც სიმსივნის რეალურ დროში აღმოჩენის უნარი ექნება: ტერმინატორის მხედველობა სიმსივნეზე სანადიროდ.

„ვფიქრობ, არსებობს მრავალი ტექნოლოგია, განსაკუთრებით დიაგნოსტიკური ვიზუალიზაციის სფეროში, რომლებიც დაგვეხმარება“, – ამბობს ჰოვინგი. როგორც ყოველთვის, საბოლოო გადაწყვეტილებებს მაინც ნეიროქირურგები მიიღებენ, მაგრამ ამისთვის უკეთ ინფორმირებულნი იქნებიან და ნაკლები მარჩიელობა მოუწევთ.