3.5 億憂鬱症患者背後,Google AI 做了什麼?

作者 | 發布日期 2020 年 11 月 07 日 0:00 | 分類 Google , 醫療科技 Telegram share ! follow us in feedly


憂鬱症離我們很近又很遠。常在社群網路得知名人抑鬱自殺的消息,但不知他們背後,還有更多普通人正飽受憂鬱症的折磨。

據世界衛生組織(WHO)統計,目前全球約 3.5 億人患有憂鬱症。此外,憂鬱症已成為自殺傾向的最大隱憂。據美國國立衛生研究院(USNational Institutes of Health)估計,美國約有 1,730 萬成年人至少有一次嚴重憂鬱症發作。2016~2017 年到 2017~2018 年間,有過嚴重自殺想法的成年人比率上升 0.15%。

為了應付攀升的患病率和自殺率,Google 母公司 Alphabet X 實驗室發起「Amber」計畫,旨在透過人工智慧技術解決早期心理健康問題。

近日研究團隊稱,發現利用 AI 分析腦波圖診斷憂鬱症,可讓腦波圖像血糖檢測容易理解。更重要的是,能將抑鬱和焦慮的情緒轉為客觀精準的測量值,支援憂鬱症診斷治療。

AI 腦波圖診斷法

頭痛、無力、莫名悲傷、對任何事情提不起興趣,這是不是憂鬱症的表現?快節奏的都市社會生活,相信很多人都問過自己這些問題。

然而,判斷是否患有憂鬱症並不是那麼簡單。有專家表示,憂鬱症有 1,000 種可能的症狀組合,在不同人身上表現不同。

傳統評估方法主要取決於與臨床醫生的談話或調查,如 PHQ-9 或 GAD-7,但過於主觀。Amber 計畫小組提出將機器學習技術與腦波圖(EEG)結合的輔助方法。

(Source:shutterstock)

此方案將腦波圖產生的憂鬱和焦慮情緒轉化成客觀測量指標,讓憂鬱症診斷像血糖檢測快速又精準。

Amber 計畫成員包括神經科學家、硬體和軟體工程師、機器學習研究人員和醫學技術專家。他們介紹,將機器學習技術與 EEG 結合的研究思路主要受神經科學研究啟發。

這些研究表明,大腦某些特定電波與憂鬱症狀相關。

他們設計類似遊戲,讓參與者完成任務時使用腦波圖(EEG),透過分析大腦獎賞系統的處理過程,發現與不憂鬱的人相比,憂鬱者遊戲獲勝後的大腦反應更容易受抑制。

▲ 不憂鬱者(左)和憂鬱者(右)獎勵反應的差異。(Source:Alphabet X

鈍化的大腦反應已在多項神經科學研究證實,因此結果再次驗證機器學習演算法與 EEG 結合的準確性。

Amber 團隊也不是第一名提出此研究法。早在去年 4 月發表的論文,IBM 研究人員將機器學習與 EEG 結合開發出一款 AI 演算法,能分類癲癇病發作,準確率高達 98.4%。

EEG 已廣泛用於研究吞嚥、精神狀態分類、診斷神經精神疾病(如神經性疼痛和癲癇症)及情緒分類等多項研究。

易於收集和理解的腦波圖

以上測試僅在實驗室條件下進行。如果廣泛用於診斷治療憂鬱症患者,還需要解決兩項主要問題:一是使 EEG 數據更容易收集;二是使 EEG 數據更易於解釋。

針對第一項,Amber 團隊耗時 3 年時間創建一個低成本、便攜式的研究級腦波圖系統。

(Source:Alphabet X,以下同)

頭戴式耳機像泳帽,約需要 3 分鐘配置,使用沿中線 Fz、Cz 和 Pz 的 3 個感測器(用於評估獎勵和認知功能的關鍵通道或電極)。右側是隨附的生物放大器,最多支援 32 個通道,可用於採集靜息狀態腦波圖和事件相關電位,並透過軟體對腦波圖測量任務鎖定時間。

針對第二項,Amber 團隊使用機器學習方法減少 EEG 錄音的有害噪音。

▲ 不同款式的 Amber EEG 的原型裝置。

他們與 DeepMind 合作,透過借鑑無監督學習的表示方法,證明可利用自動編碼器之類方法有效降噪 EEG 訊號,且無需人工干預(自動編碼器透過忽略噪音學習資料庫的表示形式)。

此外,Amber 團隊還提供一種概念證明,即提取與心理健康有關的特徵,可用於預測臨床標籤。

根據一位心理健康專家的臨床訪談,研究人員利用從自動編碼器分離出的特徵預測某些臨床症狀,如重度憂鬱障礙和焦慮症。與以前研究不同,研究能為個體參與者(而不是一個群體)服務,這對在臨床應用發揮作用至關重要。

X LAB 負責人 Obi Felten 的部落格文章也強調:

此方法能從單一腦波圖試驗恢復可用訊號,意味著從腦電生理學獲得臨床有用訊息是有可能的,數據樣本要比傳統研究實驗室使用少。一般傳統研究通常需要數百次實驗支持。

計畫開源

遺憾的是,研究沒有成功發現確定憂鬱和焦慮的單一生物標誌。

不過,Amber 團隊相信技術在對付心理疾病複雜性方面擁有巨大潛力,因此,他們在 GitHub 公開軟體程式碼,希望目前研究成果能對腦波圖專家、更廣泛的心理健康研究發揮價值。

Amber 團隊承諾不會主張硬體專利,並向 Sapien Labs 捐贈 50 台未使用的 EEG 頭戴式耳機。Sapien Labs 主要執行人腦多樣性計畫,以支援低收入國家和代表性不足的群體 EEG 研究。

最後,Felten 寫道:「在現實世界,要用技術支援心理健康測量並發揮作用,實際上困難重重,需要做更多研究……而解決今天的挑戰需要科學家、臨床醫生、技術人員、政策制定者和有生活經驗的個人,多者一起建立新合作關係。」

(本文由 雷鋒網 授權轉載;首圖來源:pixabay