人工智能對(duì)醫(yī)學(xué)的影響有目共睹，“人工智能不能替代醫(yī)生，但懂人工智能的醫(yī)生會(huì)替代不懂人工智能的醫(yī)生”。但是，當(dāng)前絕大部分研究和應(yīng)用都集中在輔助醫(yī)生檢測影像中肉眼可見的病灶，關(guān)注在如何讓醫(yī)生能更快速更自動(dòng)地診斷。雖然這提高了病灶檢測效率和精度，減少了人為操作的誤判率，但是從本質(zhì)上講并沒有提供新的醫(yī)學(xué)及影像學(xué)信息。因此，人工智能在醫(yī)學(xué)中面臨的更具挑戰(zhàn)性的問題和機(jī)遇是如何將人工智能與疾病相關(guān)的各種“組學(xué)”融合，提供未知的有關(guān)疾病的生物學(xué)內(nèi)在關(guān)聯(lián)信息，從而提高人類對(duì)疾病本身的理解和診治能力。

基于以上對(duì)人工智能在醫(yī)學(xué)中作用的判斷，中國科學(xué)院自動(dòng)化研究所和陸軍總醫(yī)院在這個(gè)方向上進(jìn)行了多年的努力和探索，將“腦網(wǎng)絡(luò)組學(xué)”與人工智能方法結(jié)合，建立了全新的慢性意識(shí)障礙預(yù)后預(yù)測模型，利用該模型預(yù)測意識(shí)障礙患者能否恢復(fù)意識(shí)的準(zhǔn)確率高達(dá)88%。該方法的有效性在來自兩家醫(yī)院三套不同的數(shù)據(jù)集上得到了驗(yàn)證。該研究成果于2018年8月發(fā)表在國際刊物eLife上。

慢性意識(shí)障礙患者俗稱“植物人”。我國目前約有因腦外傷、腦卒中、缺氧性腦病等導(dǎo)致的慢性意識(shí)障礙患者50余萬名，每年新增7~10萬名，給家庭和社會(huì)帶來巨大精神痛苦和沉重經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。對(duì)病人意識(shí)恢復(fù)可能的預(yù)測，將直接影響臨床治療策略的選擇，甚至是親屬對(duì)病人生死去留的抉擇。但是，目前臨床對(duì)病人的預(yù)后判斷完全依賴醫(yī)生根據(jù)臨床觀察和個(gè)人經(jīng)驗(yàn)做出，主觀性較強(qiáng)，易受多種因素干擾，對(duì)預(yù)后的誤判可能導(dǎo)致嚴(yán)重后果。近20年來，學(xué)術(shù)界一直在探索不同模態(tài)和水平的預(yù)后早期預(yù)測模型，包括行為監(jiān)測、神經(jīng)電生理、腦影像、生理/生化指標(biāo)等，但準(zhǔn)確度不高，敏感性和特異性較低。

中國科學(xué)院自動(dòng)化研究所模式識(shí)別國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和腦網(wǎng)絡(luò)組研究中心，聯(lián)合陸軍總醫(yī)院和廣州總醫(yī)院組成聯(lián)合攻關(guān)團(tuán)隊(duì)，在基于病因、年齡和病程作為重要預(yù)測指標(biāo)的基礎(chǔ)上，使用基于腦功能磁共振影像的患者腦功能網(wǎng)絡(luò)特征，結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)相關(guān)算法，構(gòu)建了一個(gè)計(jì)算模型預(yù)測患者一年之后恢復(fù)意識(shí)的可能性，準(zhǔn)確率達(dá)到了88%，更為重要的是成功預(yù)測了多例醫(yī)生臨床最初判定恢復(fù)無望而最終恢復(fù)意識(shí)的病人。該研究與目前大部分人工智能在醫(yī)學(xué)診斷應(yīng)用研究的區(qū)別在于，它提供了醫(yī)生目前未知的意識(shí)障礙有關(guān)的腦網(wǎng)絡(luò)信息，從而增強(qiáng)了對(duì)病人預(yù)后預(yù)測的能力。具體地說，該研究使用腦功能磁共振影像，首先檢測了病人腦功能網(wǎng)絡(luò)的活動(dòng)模式和腦功能連接，然后再結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)進(jìn)行預(yù)測模型的建立。由于腦功能網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)模式和腦功能連接是醫(yī)生肉眼無法直接檢測的，計(jì)算模型發(fā)現(xiàn)的對(duì)預(yù)測結(jié)果起到重要作用的腦連接提示了它們與意識(shí)障礙的關(guān)聯(lián)性，所以該項(xiàng)研究的結(jié)果為理解意識(shí)障礙疾病的神經(jīng)機(jī)制提供了一個(gè)新線索。

雖然該項(xiàng)研究在兩家醫(yī)院的三套數(shù)據(jù)集100多名病人上得到了驗(yàn)證，但是仍然需要更大規(guī)模的研究來確認(rèn)模型的有效性和可靠性。如果進(jìn)一步研究證實(shí)該模型確實(shí)有效，就有可能直接幫助醫(yī)生和患者家人更好地規(guī)劃和管理“植物人”的治療和護(hù)理，發(fā)揮重要的社會(huì)價(jià)值。

為了推動(dòng)人工智能和腦網(wǎng)絡(luò)組等領(lǐng)域的方法和技術(shù)在意識(shí)障礙領(lǐng)域的多學(xué)科交叉研究，自動(dòng)化所和陸軍總醫(yī)院共同發(fā)起成立了中國神經(jīng)科學(xué)學(xué)會(huì)意識(shí)與意識(shí)障礙分會(huì)，該分會(huì)匯集了臨床和基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)、生物學(xué)和信息學(xué)領(lǐng)域的專家，共同研究意識(shí)障礙的基礎(chǔ)與臨床面臨的挑戰(zhàn)，逐步闡明意識(shí)與意識(shí)障礙的神經(jīng)機(jī)制，最終使更多意識(shí)障礙患者和家庭受益。

自動(dòng)化所腦網(wǎng)絡(luò)組中心宋明和蔣田仔分別是論文第一和通訊作者，陸軍總醫(yī)院楊藝和徐如祥分別是論文共同第一和通訊作者。該研究的主要完成人還包括陸軍總醫(yī)院教授何江弘以及廣州總醫(yī)院和自動(dòng)化所腦網(wǎng)絡(luò)組中心的多名醫(yī)生和科研人員。