На стыке науки и технологий: как ученые из ННГУ им. Лобачевского изучают когнитивный возраст человека с помощью ИИ?

Мы взяли интервью у Михаила Васильевича Иванченко – доктора физико-математических наук, директора НИИ биологии старения и главного научного сотрудника исследовательской лаборатории системной медицины здорового старения ННГУ им. Лобачевского. Также Михаил Васильевич координирует работу, направленную на изучение когнитивного возраста в Центре ИИ ННГУ.

- Добрый день, Михаил Васильевич. Нам известно, что 2022 году ННГУ разработал «Калькулятор когнитивного возраста», поделитесь, пожалуйста, в каком статусе сейчас находится, есть ли новые версии?

- Добрый день. Да, мы в прошлом году создали уже 3 поколение модели по оценке когнитивного возраста, на данный момент эта самая актуальная модель, она находится в открытом доступе и каждый может ее попробовать на нашем сайте и получить свой результат.

- Расскажите о проекте, как он работает, чем может быть интересен и полезен людям?

Для работы с калькулятором нужно около 15 минут. Человеку требуется ПК, клавиатура и мышка. Чем он может быть полезен? Существует много подходов к оценке когнитивного старения и главная задача состоит в том, чтобы заранее увидеть неблагоприятные тенденции изменения когнитивных функций у человека, даже когда ему они незаметны.

Так, калькулятор предлагает 5 простых когнитивных тестов. Они оценивают такие параметры как: скорость реакции, логическое мышление, кратковременную память, цветовосприятие, моторные реакции, принятие решений в сложных условиях или в условиях когнитивного конфликта.

Приведу пример технологии, которую мы используем в нашей модели. Есть такой психологический тест «Струпа», когда, например, слово «синий» написано зелеными буквами, и испытуемому требуется выбрать либо нужный цвет из палитры по цвету слова, либо по смыслу слова.

- Меняется ли эффективность решения подобных тестов с возрастом?

Этот тест проходить непросто. И те параметры, о которых я говорил ранее - они, конечно, меняются с возрастом. И кстати, как мы выяснили, некоторые меняются нелинейно, то есть они могут оставаться на хорошем постоянном уровне в течение 1-ой половины жизни, а потом, когда человек становится старше 50-60 лет, они начинают ухудшаться.

Так, мы разработали систему искусственного интеллекта, которая способна анализировать более 200 параметров, которые могут дать более обширную оценку.

- Сколько человек уже прошли тест на данный момент?

Сейчас у нас собрана база данных, которая включает более 4 тысяч пользователей. Модель, соответственно, на основе полученных данных, периодически обновляется.

- С какой точностью Калькулятор оценивает когнитивный возраст?

Калькулятор оценивает когнитивный возраст человека с точностью до 7 лет. Это довольно высокая степень точности.

Недавно, мы участвовали на Харитоновских чтениях в Сарове и подводили итоги первого года пилотного проекта с «Росатомом» из ФМБА России (Федерального Медико-Биологического Агентства).

Как это было? Мы провели тестирования среди сотрудников Росатома и оценили различные виды биологических возрастов, в том числе и когнитивный возраст. В тестировании приняло участие более 600 человек, которые получили подробные заключения, объясняющие, как каждый испытуемый справился с конкретным тестом, какие когнитивные функции в норме, какие показатели выше или ниже нормы.

- В чем заключалась роль ФМБА в этой работе?

После нашего исследования, сотрудники ФМБА (Федерального Медико-Биологического Агентства) – психофизиологи и неврологи оценили эти результаты и проработали с людьми проблемные моменты.

- Сегодня в интернете можно найти огромное количество подобных когнитивных тестов. Чем среди них выделяется ваш продукт?

Нас выделяет сама система рекомендаций. Мы даем людям предложения по конкретным вариантам, но что самое главное, мы выявляем именно слабые точки. Например, у человека не соответствует возрасту уровень развития краткосрочной памяти и в этой ситуации, ему надо потренировать именно этот аспект. Не обязательно тратить время на оптимизацию тех показателей, которые и так в норме.

- Как появление Калькулятора повлияло на образовательные программы университета? Применяли вы тестирование на своих студентах?

Принудительно мы не заставляем студентов проходить тесты Калькулятора, но наблюдаем их интерес к нему.

У нас периодически проходят различные олимпиады, в том числе и для школьников на базе университета, и мы проводим экскурсии для тех, кто интересуется наукой. Мы показываем наши научные достижения, и, действительно, ребятам интересно, они с удовольствием пробуют пройти и интересуются как это работает.

Среди наших разработчиков есть и студенты старших курсов. Они посвящают свои дипломные работы Калькулятору, и вносят свой вклад в развитие нашего продукта.

- На каких языках программирования работает этот алгоритм?

Калькулятор когнитивного возраста написан на языке Python.

- Тема deep learning (с англ. - «глубокое обучение») сегодня набирает обороты, применяете ли вы эти технологии в своих разработках?

Да, мы применяем эти алгоритмы при оценке эпигенетического и иммуно-воспалительного возраста. Это разные аспекты организма и системы человека. Что такое эпигенетика? Эпигенетика - это наука о ДНК, о том, как наши клетки работают на самом низком уровне. То есть, мы умеем оценивать возрастное соответствие профиля, так называемого метилирования ДНК. Метилирование регулирует работу генов.

То есть, если ген гипометилирован, то он активен, а если наоборот, гиперметилирован, то он не работает. Секвенирование дает информацию о том, у человека, насколько гипо- или гиперметелированы участки ДНК. И таким образом можно оценить, даже по такому глубокому биомаркеру, эпигенетический возраст человека, который отражает состояние его организма в целом. Всё это основано на моделях глубокого и машинного обучения, а также искусственного интеллекта для анализа работы иммуно-воспалительных маркеров.

- Как ИИ анализирует иммуно-воспалительные маркеры?

Наша иммунная система работает всегда. Даже когда мы чувствуем себя хорошо, в организм всё равно попадают патогены, и в этот момент, в активную фазу переходит работа иммунной системы, которая, кстати, также избавляет организм от продуктов жизнедеятельности наших собственных клеток.

Стоит учесть, что с возрастом накапливаются продукты метаболизма, вследствии этого, иммунная система справляется всё хуже с патогенами и поэтому общий уровень иммуно-воспалительной реакции возрастает. Особенно заметно это в пожилом возрасте, когда излишнее воспаление нарушает работу органов уже всего организма.

Приведу пример, представьте себе, что у вас постоянная температура +39. Ничего хорошего для организма такое состояние не несет. Как помочь человеку в этой ситуации? Нужно сдать на анализ кровь, чтобы измерить уровень цитокинов. В наши дни, мы можем измерить уровень 50 цитокинов в крови. Показатель цитокинов важен для оценки иммунного воспаления и сегодня у нас есть глубокие модели искусственного интеллекта, которые позволяют это делать.

- Процесс получения данных ясен, а что касается финального этапа обработки результатов? Как это происходит?

Интерпретация результатов безусловно важна. Человек же всегда хочет больше узнать о своем здоровье, о своем соответствии возрастной норме, есть ли у него, к примеру, тенденция к ускоренному старению или нет. И важно ему это расшифровать и интерпретировать результат, например, сказать, какие именно гены гиперметилированы или гипометилированы, или какие цитокины перепредставлены или недопредставлены. А дальше врач-специалист сможет принять решение о тактике дополнительных исследований и коррекции здоровья человека.

- Вы используете алгоритмы ИИ при процессе интерпретации результатов?

Да, мы работаем с большими языковыми моделями, которые позволяют и интерпретировать результаты, и генерировать рекомендации. Эти рекомендации, конечно, лишь черновик, поэтому нельзя серьезно рассчитывать на то, что глубокая языковая модель даст четкое предписание/заключение, которое будет пригодным для использования в живой медицинской практике пациента. По итогу это надо, конечно, верифицировать специалисту. Но набросать этот черновик, выявить какие-то склонности, такие модели могут уже сейчас.

- В процессе создания новых итераций Калькулятора вы добавляли дополнительные тесты или наоборот, модернизировали, изменяли вопросы и формулировки в существующих?

Да, мы добавили новые тесты. В нашей первой версии, которая была запущена 3 года назад, мы использовали 3 теста, в основном на простейшие арифметические выражения.

В первом тесте, пользователю предлагалось решить что-то простое, например, он видел арифметический пример «5 + 3 = 7». В чем заключался тест? Человек должен нажать на клавишу мыши, если результат примера правильный, и не нажимать, если нет.

Во втором тесте, в оригинальной модификации калькулятора уже был тест на правильное написание букв, то есть, нужно было подтвердить, что буква была написана правильно и не кликать клавишу мыши, если буква написана зеркально, то есть, наоборот.

И третий тест на цветоразличение. В чем суть? На мониторе появляется фигура, силуэт животного, он спрятан в каком-то изображении низкого контраста, потом по нажатию клавиши мыши испытуемый увеличивает контрастность и потом он отмечает, когда он четко различил силуэт. Затем контрастность, наоборот, уменьшается и испытуемый, опять же, отмечает, когда силуэт пропал. Все это делается в базовых цветах, потому что цветовосприятие в различных цветовых диапазонах у человека разное.

Важно учитывать фактор возрастной зависимости. Например, известно, что с возрастом человек хуже различает холодные тона и лучше различает светлые тона.

- В актуальной версии Калькулятора уже 5 тестов, в чем смысл еще двух?

Да, мы добавили два новых теста. Фактически, мы сделали его еще точнее и более всеобъемлющим. Они позволяют нам характеризовать такие функции, как краткосрочная память.

Первый тест состоит в том, что последовательно человек видит силуэт животных, окрашенных в разные цвета и нужно нажимать клавишу мышки тогда, когда цвет текущего силуэта совпадает с цветом, который был перед этим. Если цвет изменился, значит нажимать не надо.

Второй - это психологический тест «Струпа», о котором я уже говорил.

Мы, на самом деле, считаем, что это серьезное улучшение и мы гордимся этой версией нашего продукта.

- Спасибо за такую информативную и содержательную встречу. Успехов Вам, в вашей будущей научной деятельности.

- Наш Университет всегда рад делиться последними новостями о наших актуальных разработках. Такие интервью влияют не только на степень информированности наших граждан, но и дают дополнительный импульс развитию всего научного мира, ведь о наших открытиях узнают еще больше людей. Спасибо!

Ссылка на Калькулятор - https://clck.ru/3Ldkng