Модель искусственного интеллекта, разработанная учеными из Королевского колледжа Лондона в тесном сотрудничестве с Университетским колледжем Лондона, позволила создать трехмерные синтетические изображения человеческого мозга, которые достаточно реалистичны и точны для использования в медицинских исследованиях.

Модель и изображения помогли ученым лучше понять, как выглядит человеческий мозг, что помогло в исследованиях по прогнозированию, диагностике и лечению заболеваний мозга , таких как деменция, инсульт и рассеянный склероз.

Алгоритм был создан с использованием NVIDIA Cambridge-1, самого мощного суперкомпьютера Великобритании. Один из самых быстрых суперкомпьютеров в мире, Cambridge-1 позволил исследователям обучить ИИ за недели, а не за месяцы, и создавать изображения гораздо более высокого качества.

Результаты опубликованы в журнале Nature Machine Intelligence .

3D- изображения с высоким разрешением обладают всеми характеристиками настоящего человеческого мозга, такими как правильные модели складок и области правильного размера. Он также может точно создавать изображения, которые отражают клинические факторы, такие как возраст, пол или статус заболевания.

Данные, полученные с помощью модели, были достаточно реалистичны, чтобы воспроизвести анатомию человека . Например, команда показала, что исследование деменции, проведенное на реальных данных, покажет те же результаты, что и исследование, проведенное на сгенерированных синтетических данных .

 
Рассматривая большие объемы данных, модель ИИ узнала, как возраст и пол влияют на мозг, и как патологии влияют на анатомию. Эти инструменты имеют множество прямых применений, от повышения точности и справедливости диагностики ИИ до помощи нейробиологам в лучшем понимании того, как мозг меняется с возрастом и болезнями; это может трансформировать нашу способность изучать мозг и находить методы лечения критических состояний.

Доктор Хорхе Кардосо, преподаватель искусственного медицинского интеллекта и старший автор исследования, сказал: «Мы научили компьютер, как выглядит человеческий мозг, и использовали его для создания реалистичных мозгов для определенных возрастов, полов и патологий. В отличие от изображений людей с шестью пальцами или тремя ногами, созданных ИИ, эти изображения анатомически точны вплоть до мельчайших деталей».

«Сбор и доступ к данным реального человеческого мозга существенно ограничивают исследования, а разнообразие реальных данных может привести к предвзятости и непоследовательности в исследованиях.

«Синтетические изображения создают данные с высоким разрешением и потенциально бесконечные данные, в которых мы можем контролировать внешние переменные. Мы даже можем использовать модель, чтобы сделать наборы данных более справедливыми, например, включив больший диапазон мозгов по возрасту, полу или этнической принадлежности.

«Потенциал неврологических исследований огромен. При дальнейшем развитии эта технология могла бы помочь нам понять, какие препараты лучше всего подходят каждому пациенту, как определенные состояния могут развиваться по-разному у разных пациентов и как мозг человека может реагировать на определенное лечение.

«Проще говоря, врачи смогут адаптировать и оптимизировать планы лечения на основе прогнозов модели для каждого конкретного пациента».

Профессор неврологии в UCL Парашкев Начев сказал: «Чтобы понять изображение мозга, мы должны сначала обрести возможность его воссоздать. Это подразумевает не просто изучение внешнего вида набора мозгов, но и определение границ возможных, контрфактуальных характеристик любого мозга, как в здоровом состоянии, так и в состоянии болезни».

«Это решение, которое открывает путь к преодолению самой сложной проблемы в медицине: как спрогнозировать оптимальное лечение для каждого отдельного пациента, чтобы обеспечить по-настоящему персонализированную помощь».

С увеличением объема данных и вычислительной мощности модели будут продолжать совершенствоваться. Исследования также расширяются на другие органы, такие как сердце и легкие, и даже на сложные многосистемные заболевания, такие как рак.