Ученые разработали искусственный интеллект, способный диагностировать бессудорожную эпилепсию по результатам ЭЭГ

Группа исследователей, в которую вошли ученые из СПбГУ, НМХЦ имени Н. И. Пирогова, Университета Иннополис, БФУ имени Иммануила Канта и сотрудники научно-производственной компании Иммерсмед, создала программу для диагностики бессудорожных эпилептических припадков по результатам электроэнцефалографии.

Впервые в мире для решения этой задачи применили теорию экстремальных значений, с помощью которой описывают экстремальные события — эпидемии, торнадо или крупные пожары. Точность работы алгоритма, который уже проходит доклинические испытания, составила 80%.

Результаты исследования опубликованы в журнале Scientific Reports.

Эпилептические приступы возникают из-за внезапного электрического разряда в нейронах головного мозга — их почти невозможно предсказать заранее. Припадки не всегда сопровождаются судорогами, и у одного и того же больного приступы могут отличаться между собой. Именно поэтому своевременная диагностика эпилепсии необходима и может предотвратить негативные последствия для пациента.

Существует гипотеза, что эпилептические приступы можно рассматривать как экстремальное явление в живых системах. То есть с математической точки зрения они сравнимы с такими экстремальными событиями, как тропические ливни или волны-убийцы в океане, которые тоже невозможно спрогнозировать», 

— рассказал Александр Храмов, ведущий научный сотрудник СПбГУ (кафедра теоретической кибернетики), руководитель Лаборатории нейронауки и когнитивных технологий Университета Иннополис и главный научный сотрудник Балтийского центра нейротехнологий и искусственного интеллекта БФУ имени Канта.

Ранее ученым удалось подтвердить эту гипотезу: они изучили динамику возникновения припадков у крыс, проанализировали распределение формирования эпилептических приступов по данным электрокортикограмм специальных линий крыс с генетической предрасположенностью к эпилепсии, а также изучили спектральные шумовые характеристики электроэнцефалограмм пациентов с эпилепсией.

В результате исследователи смогли найти признаки, которые позволяют отнести эпилептические припадки к разряду экстремальных явлений. В первую очередь это усиление шума на ЭЭГ перед эпилептическим разрядом, а также специфические распределения энергии электрической активности мозга.

Вывод ученых открыл возможность применения в диагностике эпилепсии математических методов, а именно — теории экстремальных значений. Она описывает определенные режимы поведения сложных систем, для которых характерны резкие и масштабные изменения. С ее помощью математики определяют вероятность возникновения таких экстремальных событий, как эпидемии, торнадо, крупные пожары и даже побочные эффекты приема лекарств.

Исследователи из СПбГУ совместно с учеными Национального медико-хирургического центра имени Н. И. Пирогова, Университета Иннополис и БФУ имени Иммануила Канта и разработчики компании «Иммерсмед» впервые в мире воспользовались этой теорией для создания искусственного интеллекта, способного помочь врачам в поиске эпилептической активности на электроэнцефалограмме, ведь именно с проверки результатов ЭЭГ обычно начинается диагностика эпилепсии.

Электроэнцефалографию зачастую проводят несколько дней. Затем врач самостоятельно без какой-либо помощи компьютера анализирует длинные записи ЭЭГ, что занимает не менее часа. С помощью нового алгоритма мы рассчитываем сократить это время до пяти минут», 

— объясняет Александр Храмов.

Как рассказал ученый, создать универсальный искусственный интеллект, способный распознавать эпилептическую активность мозга на ЭЭГ, до сих пор не удавалось. Причины этому — небольшая длительность приступов по сравнению с  «нормальной» активностью, а также тот факт, что в целом активность мозга каждого человека весьма индивидуальна. Вот почему вместо традиционного контролируемого машинного обучения, когда нейросеть учится на основе готовой размеченной базы данных (например, результатов ЭЭГ с обозначенными участками нестандартной мозговой активности), исследователи использовали неконтролируемое, то есть предоставили алгоритму большой неразмеченный массив и поручили ему искать любые отклонения от нормы.

Полученную программу протестировали на результатах ЭЭГ 83 пациентов НМХЦ имени Н. И. Пирогова. Чтобы проверить правильность оценки, результаты сравнивали с электроэнцефалограммами, на которых эпилептические приступы были заранее отмечены эпилептологом. В итоге доводы алгоритма совпали с отметками врача в 80% случаев. На втором этапе ученые исключили из эксперимента 23 записи ЭЭГ, которые были сделаны недостаточно качественно (помехи могли возникнуть из-за неточной установки электродов), и достоверность выводов искусственного интеллекта составила уже 100%.

Как рассказал Олег Карпов, академик РАН, генеральный директор НМХЦ имени Н. И. Пирогова, уникальность разработанного учеными алгоритма заключается в том, что он размечает данные каждого пациента по отдельности и автоматически учитывает его индивидуальные особенности:

Поскольку алгоритм основан на обнаруженном явлении экстремальности разрядов в нейронной сети мозга, он прозрачен, то есть все выводы системы будут понятны врачу-эпилептологу».

Сейчас нейросеть проходит доклинические испытания в НМХЦ имени Н. И. Пирогова, однако в планах ученых ее усовершенствовать.

Следующим этапом станет создание гибридной системы — алгоритма, в котором неконтролируемое и контролируемое обучение будут сочетаться. Также мы планируем разобраться, почему у 23 человек нейросеть не обнаружила эпилептической активности: если дело в плохом качестве записи, то мы хотим окончательно в этом убедиться, 

— отмечает Александр Храмов.

— В результате рассчитываем поднять точность работы алгоритма как минимум до 95%».

04.08.2022


Подписаться в Telegram



Здоровье

eLife: Смертоносная бактерия-вампир жаждет человеческой крови
eLife: Смертоносная бактерия-вампир жаждет человеческой крови

Одни из самых смертоносных бактерий в&nbs...

New England Journal of Medicine: Упреждающая ангиопластика не улучшает прогноз
New England Journal of Medicine: Упреждающая ангиопластика не улучшает прогноз

По данным нового крупного исследования, провед...

JAMA: Скрининг PSA незначительно влияет на смертность от рака простаты
JAMA: Скрининг PSA незначительно влияет на смертность от рака простаты

Крупнейшее на сегодняшний день исследован...

Acta Biomaterialia: Созданы трансплантаты, похожие на реальное человеческое ухо
Acta Biomaterialia: Созданы трансплантаты, похожие на реальное человеческое ухо

Используя современные методы тканевой инженери...

Frontiers in Allergy: Собаки способны учуять стресс по запаху дыхания человека
Frontiers in Allergy: Собаки способны учуять стресс по запаху дыхания человека

Чуткие носы собак способны распознать ранние п...

Cancer: Риск развития рака зависит от метаболического синдрома
Cancer: Риск развития рака зависит от метаболического синдрома

Новое исследование показывает, что люди с...

Nature Communications: В мигрирующих нейронах найден конус роста
Nature Communications: В мигрирующих нейронах найден конус роста

Мигрирующие нейроны обладают конусом роста, ко...

Cell: Открыта новая роль нейтрофилов в борьбе с раком
Cell: Открыта новая роль нейтрофилов в борьбе с раком

В исследовании, опубликованном в журнале ...

IEEE: Экзоскелет поможет перенесшим инсульт вернуться к нормальной жизни
IEEE: Экзоскелет поможет перенесшим инсульт вернуться к нормальной жизни

Портативное роботизированное устройство, котор...

NSMBio: Исследование проливает свет на истоки неврологических заболеваний
NSMBio: Исследование проливает свет на истоки неврологических заболеваний

Новое исследование, проведенное группой ученых...

Journal of the American Heart Association: Сидячий образ жизни приближает смерть
Journal of the American Heart Association: Сидячий образ жизни приближает смерть

Основываясь на десятилетних наблюдениях з...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Созданы чернила для 3D-печати гибких устройств без механических соединений
Созданы чернила для 3D-печати гибких устройств без механических соединений
Исследователи изучают влияние сольватации и валентности ионов на металлополимеры
Исследователи изучают влияние сольватации и валентности ионов на металлополимеры
New Phytologist: Сети прожилок на листьях появились 201 млн лет назад
New Phytologist: Сети прожилок на листьях появились 201 млн лет назад
ACS Nano: Зубы нутрий и бобров помогут ученым вывести формулу совершенной эмали
ACS Nano: Зубы нутрий и бобров помогут ученым вывести формулу совершенной эмали
«Литнет» выяснил, что привлекает читателей в книгах о космосе
«Литнет» выяснил, что привлекает читателей в книгах о космосе
Инженеры воссоздали голопалубу Star Trek с помощью ChatGPT и видеоигр
Инженеры воссоздали голопалубу Star Trek с помощью ChatGPT и видеоигр
New England Journal of Medicine: Упреждающая ангиопластика не улучшает прогноз
New England Journal of Medicine: Упреждающая ангиопластика не улучшает прогноз
Инженеры создают более выгодную сеть для распределения солнечной энергии
Инженеры создают более выгодную сеть для распределения солнечной энергии
EGU: В золоте дураков все-таки нашли ценный компонент
EGU: В золоте дураков все-таки нашли ценный компонент
IC: Исследователи тестируют биологическую безвредность нейроморфной сети
IC: Исследователи тестируют биологическую безвредность нейроморфной сети
JSPR: Между кортизолом и социальной поддержкой в семейных парах нашли связь
JSPR: Между кортизолом и социальной поддержкой в семейных парах нашли связь
GBE: ДНК древних пингвинов Адели выявило повторы возрастом сотни миллионов лет
GBE: ДНК древних пингвинов Адели выявило повторы возрастом сотни миллионов лет
Шёнингенские копья доказали: 300 000 лет назад древесина была важнейшим сырьем
Шёнингенские копья доказали: 300 000 лет назад древесина была важнейшим сырьем
NatComm: Машинное обучение поможет создать вертикально-осевые ветряные турбины
NatComm: Машинное обучение поможет создать вертикально-осевые ветряные турбины
Molecular Psychiatry: Выяснилось, как изменение экспрессии генов вызывает аутизм
Molecular Psychiatry: Выяснилось, как изменение экспрессии генов вызывает аутизм

Новости компаний, релизы

НАИРИТ объявит итоги Всероссийского инновационного конкурса 21 февраля
НАИРИТ объявит итоги Всероссийского инновационного конкурса 21 февраля
«Инструменты инновационного развития»
«Инструменты инновационного развития»
3 причины перехода с печатной рекламы на цифровую
3 причины перехода с печатной рекламы на цифровую
Виды резервирования серверов для задач АСУ ТП
Виды резервирования серверов для задач АСУ ТП
Выбор клиники и лечащего врача с помощью специализированного сервиса
Выбор клиники и лечащего врача с помощью специализированного сервиса