ИИ помогает точно предсказать риск аутизма у младенцев

В исследовании приняли участие 59 младенцев с высоким риском развития аутизма, то есть у каждого из них был старший брат или сестра с этим расстройством. ИИ предсказал со 100% точностью, что у 48 из этих детей аутизм не разовьётся.

Примечательно, что из 11 детей, у которых в возрасте 2 лет было выявлено расстройство, система правильно предсказала девять случаев.

«Результаты невероятно точны», — рассказал изданию Live Science Роберт Эмерсон, ведущий автор исследования и бывший научный сотрудник в области когнитивной нейронауки в Университете Северной Каролины (UNC).

По словам Эмерсона, примерно у 20 процентов младенцев, у которых есть брат или сестра, страдающие аутизмом, разовьется это расстройство, по сравнению с 1,5 процентами в общей популяции.

Исследователи полагают, что это открытие может проложить путь к созданию современных диагностических инструментов, которые позволят выявлять аутизм до появления симптомов, что может предоставить возможности для раннего вмешательства, способного улучшить течение заболевания или даже предотвратить его прогрессирование.

Доктор Джозеф Пивен, профессор психиатрии в Медицинской школе Университета Северной Каролины, сказал по поводу этого исследования: «Наша цель — охватить детей на ранней стадии, до того, как аутизм проявится, чтобы мы могли вмешаться более эффективно».

Это исследование опубликовано в американском международном научном журнале Science Translational Medicine.

Развитие аутизма

Расстройство аутистического спектра — это заболевание головного мозга, характеризующееся трудностями в социальном общении и повторяющимся поведением, которое встречается примерно у 1 из 68 детей в США. Как правило, поведенческие симптомы начинают проявляться к двум годам.

Однако Эмерсон и его коллеги продемонстрировали, что они могут обнаружить биомаркеры заболевания еще до появления симптомов.

В своём исследовании учёные использовали магнитно-резонансную томографию (МРТ) для получения изображений мозга спящих младенцев, регистрируя нейронную активность в 230 различных областях мозга. Особое внимание они уделили степени синхронности между этими областями, также известной как функциональная связность.

В общей сложности группа измерила 26 335 функциональных связей, важных для когнитивных функций, памяти и поведения. Используя данные МРТ, они стремились выявить младенцев с высоким риском развития аутизма.

Когда детям исполняется два года, их снова оценивают для оценки поведения, включая социальное взаимодействие, коммуникацию, развитие моторики и склонность к повторяющимся действиям. Эти данные помогают определить, у каких детей есть аутизм.

Собрав все данные, исследователи приступили к обучению программы машинного обучения, которую затем использовали для прогнозирования риска аутизма.

Их целью было проверить, сможет ли алгоритм точно определить, у каких младенцев разовьется аутизм, основываясь исключительно на данных о функциональных связях, начиная с 6-месячного возраста.

Машинное обучение — это разновидность искусственного интеллекта, которая становится умнее по мере обработки большего объёма данных. В этом исследовании система научилась распознавать различия в функциональных связях мозга у шестимесячных младенцев и сопоставлять их с поведенческими показателями в возрасте двух лет.

Для проверки точности команда изначально не использовала данные всех 59 младенцев. Вместо этого они обучили модель на данных 58 младенцев и использовали данные одного оставшегося младенца для проверки прогнозов. Этот процесс повторялся для каждого младенца.

«Прогнозирование каждого ребенка делается индивидуально на основе моделей обучения других детей в группе», — сказал Эмерсон.

В результате программа машинного обучения с точностью 82% предсказала аутизм у детей. Это важный шаг вперёд в раннем выявлении расстройств аутистического спектра, открывающий возможности для своевременного вмешательства и улучшения жизни детей.

Успех исследований благодаря преданности родителей

Доктор Пивен сообщил, что команда уже опубликовала предыдущее исследование с впечатляющими показателями прогнозирования, но для этого исследования потребовалось два МРТ-сканирования: одно через 6 месяцев и одно через год. Возможность выявить риск развития аутизма всего одним сканированием раньше — это большой шаг вперёд.

Что особенно тронуло команду, так это самоотверженное участие родителей в этом исследовании, как и во многих других, проводившихся на протяжении многих лет. Несмотря на тщательную подготовку, они всё же были удивлены готовностью семей участвовать.

«Это удивительная группа людей», — сказал Пивен. «У них не только есть дети старшего возраста с аутизмом, но они также приводят своих младших детей, часто по несколько раз и издалека, в один из наших четырёх клинических центров в Соединённых Штатах».

«Они действительно преданы своему делу», — подчеркнул Эмерсон.

Исследовательская группа надеется, что эти усилия откроют путь к более эффективным вмешательствам, которые дадут детям, подверженным риску аутизма, больше шансов на развитие.