Нейросеть научилась предсказывать диабет по данным умных часов
Американский стартап Cardiogram использовал данные о сердцебиении людей, полученные при помощи умных часов, для обучения DeepHeart — программы, предсказывающей наличие различных заболеваний. Алгоритм, работающий на основе LSTM-нейросети, может предсказывать диабет с точностью 85 процентов, а апноэ — с точностью в 83 процента. Препринт статьи доступен на arXiv, а результаты исследования были представлены на конференции по искусственному интеллекту AAAI-2018.
Современные технологии позволяют людям эффективнее следить за здоровьем: например, с помощью брелков, которые сообщают о наличии аллергенов в еде, или татуировок для мониторинга уровня глюкозы в крови (о самых интересных разработках в этой сфере вы можете прочитать в нашем материале). Наиболее часто среди подобных устройств люди используют фитнес-браслеты и умные часы — гаджеты позволяют пользователям следить за активностью, сном и сердцебиением. Полученные данные затем можно использовать в исследованиях, причем не только для составления статистик о здоровье людей, но и для того, чтобы улучшить качество таких устройств: например, для обучения нейросетей, которые в дальнейшем смогут сказать больше о здоровье пользователей.
Разработчики из Cardiogram совместно с исследователями из Калифорнийского университета в Сан-Франциско под руководством Марка Плетчера (Mark Pletcher) использовали для обучения нейросети данные более 50 тысяч человеко-недель, полученные от 14 тысяч участников исследования, пользовавшихся фитнес-приложением для Apple Watch. Участники также предоставили информацию о существующих у них медицинских состояниях: в первую очередь исследователей интересовали диабет, повышенный холестерин, гипертония и сонное апноэ (остановка дыхания). Часть данных была использована для обучения LSTM-нейросети (одна из разновидностей рекуррентных нейросетей, узнать о которых вы можете здесь) без учителя: благодаря этому алгоритм научился распознавать вариации в человеческом сердцебиение, не имея при этом достаточно большого для обучения с учителем количества размеченных данных.
Данные о различиях в сердцебиении затем были использованы на тестовой, размеченной выборке — и алгоритм смог успешно определить диабет (84,5 процента), повышенный холестерин (74,4 процента), гипертонию (80,8 процента) и сонное апноэ (82,9 процента).
Несмотря на то, что использование DeepHeart показало свою эффективность, авторы отмечают, что в дальнейшем необходимо учитывать большое количество дополнительных переменных: возраст и пол участников, курение, потребление алкоголя и так далее. В целом, считают ученые, такой метод может применяться для предупреждения появления изученных состояний с использованием фитнес-трекеров и умных часов разных производителей.
Еще одно возможное применение данных с фитнес-трекеров — это мониторинг сна с точностью, близкой к лабораторной. Это удалось сделать исследователям, которые в качестве основного показателя активности во время ночного отдыха использовали данные о положении и движениях рук пользователей.
Елизавета Ивтушок
За это оказался ответственен фактор транскрипции BACH1
Шведские и китайские ученые выяснили, что экспрессия генов, ответственных за образование новых сосудов — ангиогенез — в клетках рака легкого существенно повышается после обработки их антиоксидантами — витаминами С и Е и N-ацетилцистеином. Наиболее чувствительным к их антиоксидантным эффектам оказался фактор транскрипции BACH1, который непосредственно активировал гены ангиогенеза. Исследование опубликовано в Journal of Clinical Investigation. Рост опухоли легкого непосредственно связан с ангиогенезом — образованием новых кровеносных сосудов, — который обычно запускается гипоксией. Она опосредует транскрипцию генов факторов роста эндотелия сосудов, их рецепторов, эпидермальных факторов роста и ангиопоэтинов. Существуют препараты, которые направлены на снижение активности ангиогенеза (в том числе, за счет воздействия на перечисленные факторы), однако их эффективность остается неоднозначной. При этом появляется все больше свидетельств того, что ангиогенез в опухолях может контролироваться транскрипционными механизмами, не связанными с гипоксией. В основном эти механизмы основаны на реакции факторов транскрипции, чувствительных к изменениям окислительно-восстановительного баланса (редокс-чувствительные), на колебания уровней активных форм кислорода. К таким факторам относится, например, BACH1. Коллаборация шведских и китайских ученых под руководством Мартина Берго (Martin Bergo) из Каролинского института изучили, как антиоксиданты, влияющие на окислительно-восстановительный баланс, опосредуют процессы ангиогенеза. Они выяснили, что редокс-чувствительный фактор транскрипции BACH1 в линиях человеческих клеток рака легкого и экспериментальных опухолях у мышей контролирует васкуляризацию опухоли за счет ангиогенеза (воздействуя на гены, ответственные за него) и делает опухоль чувствительной к антиангиогенной терапии. Кроме того, BACH1 активируется в опухолевых клетках во время гипоксии и в ответ на введение антиоксидантов — витамина C, аналога витамина E и ацетилцистеина, — причем эта активация происходит как за счет транскрипционных, так и посттрансляционных механизмов. В частности, посттрансляционная стабилизация BACH1 в условиях гипоксии, вероятно, опосредуется снижением деградации, зависящей от пролилгидроксилирования, а его в восстановительных условиях — после введения антиоксиданта — опосредуется снижением гемозависимой деградации. По словам ученых, открытие того, что BACH1 стимулирует ангиогенез опухоли легкого и коррелирует с экспрессией генов ангиогенеза и белков в опухолях легких человека, делает его потенциальным биомаркером для оценки антиангиогенной терапии: в исследовании такая терапия останавливала рост опухолей с высокой экспрессией BACH1, но не рост опухолей с низкой экспрессией BACH1. Будущие исследования должны оценить связь этого биомаркера с другими опухолями — раком молочной железы и почек. Недавно мы рассказывали про то, что потеря Y-хромосомы по-разному повлияла на исходы рака. Так, в случае с колоректальным раком исходы улучшились, а в случае с раком мочевого пузыря — ухудшились.