एआई ने हल्के संज्ञानात्मक हानि से अल्जाइमर रोग की घटना की भविष्यवाणी करना सीखा

आज अल्जाइमर रोग सबसे कपटी बीमारियों में से एक है, इसकी घटना की भविष्यवाणी करना बहुत मुश्किल (और महंगा) है। हालाँकि पहले से ही विकसित बीमारी को रोका नहीं जा सकता है, लेकिन इस बात के सबूत हैं कि जल्दी पता लगाने से अल्जाइमर रोग और मस्तिष्क की गिरावट को रोकने या धीमा करने में मदद मिलती है। इसलिए, किसी बीमारी के विकास के जोखिम को निर्धारित करने के लिए एक विश्वसनीय तरीके की खोज शोधकर्ताओं के दिमाग में रहती है।

मानव शरीर की उम्र के रूप में, संज्ञानात्मक हानि अपरिहार्य है। उम्र के साथ, लोग अधिक भुलक्कड़ हो जाते हैं, अक्सर अपनी सोच की ट्रेन को खो देते हैं और निर्णय लेने या ऐसे कार्य करना मुश्किल पाते हैं जो पहले कठिनाइयों का कारण नहीं बनते थे। डॉक्टर इस हल्के संज्ञानात्मक हानि को कहते हैं। यह ज्यादातर लोगों को प्रभावित करता है जब वे बड़े हो जाते हैं।

हल्के संज्ञानात्मक हानि वाले कई लोग एक अधिक गंभीर रूप विकसित करते हैं - अल्जाइमर रोग। एक व्यक्ति शब्दावली खो देता है, अक्सर गलत शब्द प्रतिस्थापन का उपयोग करता है, करीबी रिश्तेदारों को पहचानना बंद कर देता है, बुनियादी आत्म-देखभाल कौशल खो देता है, और अंततः अन्य लोगों पर पूरी तरह से निर्भर हो जाता है जो उसकी मदद करते हैं। इस निदान वाले अधिकांश लोग अल्जाइमर रोग की खोज के बाद कुछ वर्षों के भीतर मर जाते हैं।

दिलचस्प है, यह परिदृश्य हल्के संज्ञानात्मक हानि वाले सभी लोगों की प्रतीक्षा नहीं करता है। समय के साथ, रोगी की स्थिति खराब नहीं हो सकती है, और कुछ मामलों में सुधार भी हो सकता है। इसलिए, डॉक्टर उन लोगों की पहचान करने के तरीके खोजना चाहते हैं, जो अल्जाइमर रोग विकसित करने की अधिक संभावना रखते हैं।

दक्षिण कोरियाई वैज्ञानिकों ने इस उद्देश्य के लिए गहन सीखने का उपयोग करने का प्रस्ताव दिया है। उन्होंने जो तकनीक विकसित की है, वह उन लोगों को इंगित कर सकती है जिन्हें अगले तीन वर्षों में अल्जाइमर रोग हो सकता है।

एक गहरी तंत्रिका नेटवर्क मस्तिष्क के पॉज़िट्रॉन एमिशन टोमोग्राफी (पीईटी) की छवियों में बीमारी के अनूठे निशान को पहचानना सीखता है। अल्जाइमर रोग को अमाइलॉइड सजीले टुकड़े नामक प्रोटीन गांठ, और एक धीमी मस्तिष्क चयापचय, जिसे मस्तिष्क ग्लूकोज का उपयोग करने की दर से मापा जाता है, की अवांछित वृद्धि से जाना जाता है।

कुछ प्रकार के पीईटी स्कैन इन दोनों स्थितियों के संकेतों का पता लगा सकते हैं, और इसलिए उनका उपयोग लोगों में हल्के संज्ञानात्मक हानि का पता लगाने के लिए किया जा सकता है जो अंततः अल्जाइमर रोग के विकास को जन्म देगा।

सिद्धांत रूप में, यह बहुत उत्साहजनक लगता है, लेकिन व्यवहार में इसके परिणामस्वरूप छवियों की व्याख्या करना काफी मुश्किल है। शोधकर्ताओं ने एक या दो उज्ज्वल मार्करों की खोज की है जो विशेष रूप से प्रशिक्षित लोग पा सकते हैं, लेकिन यह विधि समय लेने वाली है और त्रुटियों के प्रति प्रतिरक्षा नहीं है। इसलिए, कोरियाई वैज्ञानिकों ने लोगों को एक गहरे तंत्रिका नेटवर्क के साथ बदलने का फैसला किया।

हाल के वर्षों में, दुनिया भर में अल्जाइमर के शोधकर्ताओं ने अल्जाइमर के साथ और बिना रोगियों के मस्तिष्क की छवियों का एक डेटाबेस बनाया है। और दक्षिण कोरियाई सहयोगियों ने इस डेटासेट का उपयोग उनके बीच के अंतर को पहचानने के लिए एक जटिल तंत्रिका नेटवर्क को प्रशिक्षित करने के लिए किया।

(ए) - अवक्षेपणीय तंत्रिका नेटवर्क वास्तुकला ग्लूकोज के जैविक एनालॉग के साथ ली गई दो पीईटी छवियों पर लागू होता है - फ्लूरोडॉक्सीग्लूकोज और फ्लोरबेटापिरा - अल्जाइमर रोग का निदान करने के लिए एक रोगी को दिए गए पदार्थ। प्रत्येक परत फ़ंक्शन को त्रि-आयामी दृढ़ संकल्प और सक्रियण फ़ंक्शन (ReLU) का उपयोग करके निकाला जा सकता है। बहुपरत संकल्प एक आयामी उत्पादन देते हैं, और अंतिम परत में दो नोड्स होते हैं जो अल्जाइमर रोग (AD) और सामान्य मस्तिष्क स्थिति (NC) के अनुरूप होते हैं।

(बी) - गहरे तंत्रिका नेटवर्क को स्वस्थ और बीमार रोगियों के पीईटी डेटा के अनुसार प्रशिक्षित किया गया था। शोधकर्ताओं ने एक दस गुना क्रॉसचेक का इस्तेमाल किया। प्रशिक्षण के बाद, एआई को सीधे हल्के संज्ञानात्मक हानि (एमसीआई) या रोग-परिवर्तन या गैर-रूपांतरण के बीच वर्गीकृत करने के लिए उपयोग किया जाता था। शोधकर्ताओं ने एक विकार वाले रोगियों के लिए रोग के निदान की सटीकता का मूल्यांकन किया जिससे बीमारी हो सकती है। इसके अलावा, वैज्ञानिकों ने रिसीवर प्रदर्शन विश्लेषण (आरओसी) भी किया।

डेटा सेट में स्वस्थ मस्तिष्क के साथ 70 वर्ष की आयु के 182 लोगों की मस्तिष्क की छवियां थीं और लगभग उसी उम्र के लोगों की 139 मस्तिष्क छवियां थीं, जिन्हें अल्जाइमर का निदान किया गया था। परिणामस्वरूप, AI 90% की सटीकता के साथ स्वस्थ और रोगग्रस्त मस्तिष्क के बीच के अंतर को पहचानने में सक्षम था।

इसके अलावा, शोधकर्ताओं ने एक अन्य डेटासेट का विश्लेषण करने के लिए अपनी मशीन का उपयोग किया, जिसमें हल्के संज्ञानात्मक हानि के साथ 70 वर्ष की आयु के 181 लोगों के मस्तिष्क स्कैन शामिल थे, जिनमें से 79 तीन साल तक अल्जाइमर रोग से गुज़रे। वैज्ञानिकों के लिए निर्धारित कार्य इन लोगों की पहचान करना था, जो बिगड़ती स्थितियों के लिए अतिसंवेदनशील हैं।

प्रयोग के परिणामों के अनुसार, एआई ने उन लोगों की पहचान की जिन्हें 81% की सटीकता के साथ अल्जाइमर रोग विकसित होने का खतरा है। यह परिणाम उन चिकित्सकों द्वारा दिए गए की तुलना में काफी अधिक है जो छवियों का विश्लेषण करते हैं।

आमतौर पर, कोरियाई वैज्ञानिकों की तकनीक चिकित्सा निदान में गहरी सीखने और मशीन दृष्टि के बढ़ते उपयोग का सिर्फ एक उदाहरण है। उपलब्ध आंकड़ों से संकेत मिलता है कि मशीनें लोगों की तुलना में कठिन परिस्थितियों को पहले और अधिक सटीक रूप से निर्धारित कर सकती हैं।

doi: arXiv: 1704.06033