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

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...

Нервная анорексия у мужчин опасна для жизни
Нервная анорексия у мужчин опасна для жизни

Нервная анорексия поражает как мужчин, та...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Исследователи изучают влияние сольватации и валентности ионов на металлополимеры
Исследователи изучают влияние сольватации и валентности ионов на металлополимеры
Инженеры воссоздали голопалубу Star Trek с помощью ChatGPT и видеоигр
Инженеры воссоздали голопалубу Star Trek с помощью ChatGPT и видеоигр
«Литнет» выяснил, что привлекает читателей в книгах о космосе
«Литнет» выяснил, что привлекает читателей в книгах о космосе
Инженеры создают более выгодную сеть для распределения солнечной энергии
Инженеры создают более выгодную сеть для распределения солнечной энергии
New England Journal of Medicine: Упреждающая ангиопластика не улучшает прогноз
New England Journal of Medicine: Упреждающая ангиопластика не улучшает прогноз
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
Molecular Psychiatry: Выяснилось, как изменение экспрессии генов вызывает аутизм
Molecular Psychiatry: Выяснилось, как изменение экспрессии генов вызывает аутизм
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
Acta Biomaterialia: Созданы трансплантаты, похожие на реальное человеческое ухо
Acta Biomaterialia: Созданы трансплантаты, похожие на реальное человеческое ухо
В двумерных сверхпроводниках открыта незаметная квантовая критическая точка
В двумерных сверхпроводниках открыта незаметная квантовая критическая точка
В MIT разрабатывают бытовых роботов, наделенных здравым смыслом
В MIT разрабатывают бытовых роботов, наделенных здравым смыслом
NREE: Виноградари всего мира бьют тревогу из-за изменения климата
NREE: Виноградари всего мира бьют тревогу из-за изменения климата

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