Zastosowanie sztucznej inteligencji może być pomocne przy przewidywaniu wczesnej demencji. Badacze z Uniwersytetu Mikołaja Kopernika pracują nad stworzeniem cyfrowych neuro-biomarkerów choroby i niefarmakologicznych interwencji kognitywnych, które spowolnią jej rozwój.
Badania prowadzone są we współpracy z Center of Advanced Intelligence Project RIKEN (RIKEN AIP) w Tokio. To centrum będące częścią RIKEN, największego i niemal w całości finansowanego przez rząd Japonii instytutu naukowego, słynącego z wysokiej jakości wyników w różnorodnych dyscyplinach badawczych, m.in. fizyce, chemii, biologii, genomice, naukach medycznych – od badań podstawowych po zastosowania praktyczne. Jednostka istnieje od 1917 r. Dziś tworzy ją sieć światowej klasy ośrodków badawczych w całej Japonii, łącznie to blisko 3 tys. naukowców w siedmiu kampusach współpracujących z prawie 500 partnerami.
Wyniki naszego wspólnego pilotażowego projektu badawczego już są obiecujące i potwierdzają możliwość stworzenia solidnego narzędzia przewidującego wczesne otępienia w różnorodnych środowiskach kulturowych Japonii i Polski – zapowiada dr Tomasz M. Rutkowski z RIKEN AIP.
Po stronie toruńskiej pracami kieruje dr Tomasz Komendziński z Katedry Kognitywistyki w Instytucie Badań Informacji i Komunikacji na Wydziale Filozofii i Nauk Społecznych UMK. Badacze tej jednostki współpracują z RIKEN AIP od blisko dwóch lat.
Nasze badania dotyczą wczesnej diagnostyki demencji i śledzenia interwencji kognitywnych, niefarmakologicznych, zapobiegających rozwojowi otępień starczych. Prowadzimy je pod hasłem Al for social good, czyli praktycznego zastosowania „sztucznej inteligencji dla dobra społecznego” – tłumaczą naukowcy.
Wspólny japońsko-polski projekt zakłada pomoc w zastosowaniu uczenia maszynowego do prognozowania wczesnego pogorszenia się funkcji poznawczych, które mogą prowadzić do poważnych otępień starczych. Wczesna diagnostyka oraz profilaktyka umożliwia zatrzymanie lub opóźnienie objawów demencji. Ma to znaczenie z kilku perspektyw: pozwala przewidzieć potrzebę przyszłych nakładów finansowych na opiekę, będących obciążeniem narodowych systemów zdrowotnych, oraz wspierać dobre funkcjonowanie rodziny w wielopokoleniowym modelu. Daje to również szansę uniknięcia wykluczenia, które pogłębia negatywne skutki zaburzonego procesu starzenia.
Badacze tłumaczą, że interfejs mózg-komputer (BCI) oraz wydajne algorytmy uczenia maszynowego pomogą w opracowaniu cyfrowych neuro-biomarkerów, dzięki czemu będzie można przewidzieć wczesne oznaki łagodnych zaburzeń poznawczych już u osób w wieku średnim. Dzięki temu możliwe będzie włączenie niefarmakologicznych interwencji kognitywnych w celu zabezpieczenia przed otępieniem starczym.
Zwykle myślimy, że wczesne objawy demencji dotyczą osób w wieku 60–70 lat. Nam zależy na tym, aby znaleźć taki biomarker w mózgu, który pokaże zupełny początek choroby – chodzi więc o osoby w wieku ok. 45 lat – tłumaczy dr Rutkowski. – Ludzie są wtedy jeszcze na tyle młodzi, że zmiana stylu życia, by poprawić jego jakość w przyszłości, może być sposobem na zatrzymanie lub opóźnienie rozwoju zaburzeń poznawczych prowadzących do demencji.
Jak zastrzega dr Komendziński zadaniem polsko-japońskiego zespołu nie jest pomoc w tworzeniu nowych leków.
Chcemy opracować nowe modele zachowań i monitorować ich efektywność, gdyż personalizacja interwencji kognitywnych jest bardzo ważna dla efektywnej promocji zmian stylu życia. Im wcześniej i efektywniej bowiem zaczniemy działać, tym mamy większe szanse na wzmocnienie naszej rezerwy poznawczej i mózgowej oraz poprawę naszego dobrostanu – wyjaśnia naukowiec z UMK.
W trakcie pilotażowego projektu w Japonii przebadano przed pandemią 35 seniorów, a w ubiegłym roku kolejne 30 ochotników i ochotniczek na uniwersytecie w Toruniu. W badania zaangażowali się seniorzy z toruńskiej Kamienicy Inicjatyw, nawiązano także współpracę z Krajowym Instytutem Gospodarki Senioralnej oraz z Toruńskim Uniwersytetem Trzeciego Wieku. Toruńską część projektu zasilają kognitywiści i psychologowie, zainteresowani przede wszystkim stanem rozwojowym i funkcjonalnym funkcji poznawczych. W Japonii badacze zajęli się inżynierską częścią eksperymentu – prace zaczęli od badań aktywności mózgu (EEG) oraz tworzenia nowatorskich metod uczenia maszynowego do analizy fal mózgowych.
Z czasem, dzięki doświadczeniu naukowców z Torunia w badaniach behawioralnch, poszerzymy nasz repertuar o eytracking, czyli technologię służącą śledzeniu ruchu gałki ocznej czy też spojrzenia (gaze studies). Metody uczenia maszynowego stworzone przez zespół RIKEN AIP w Tokio doskonale się do tego nadają – mówi dr Rutkowski. – W ramach dokładania kolejnych modalności chcemy rozpocząć badania z użyciem zapachów.
Sprzęt jest już w gotowości. Olfaktometr, który został zakupiony w ramach projektu finansowanego z funduszy europejskich, daje możliwość jednoczesnej rejestracji sygnału EEG oraz fMRI podczas stymulacji zapachowej.
Naukowcy zamierzają rozszerzyć nie tylko metody i narzędzia badawcze, ale również zakres geograficzny. Chcą wyjść poza Polskę i Japonię, w kierunku szerszych badań międzykulturowych. Niektóre elementy opracowanych paradygmatów eksperymentalnych dają możliwość ich wykorzystania poza badaniami nad demencją. Taką próbę podejmuje grupa kierowana przez dr. hab. Arkadiusza Guta z Katedry Kognitywistyki UMK w odniesieniu do mindreadingu.
Zaletą rozwiązań proponowanych przez grupę polsko-japońskich naukowców jest łatwość i wygoda wykonywania badań w przyszłości. Dlatego też, choć badania wykonywane są profesjonalnym sprzętem naukowym, gwarantującym wysoką jakość danych i replikowalność, to jednocześnie testowany jest sprzęt prosty w obsłudze i dostępny finansowo.
Mamy na uwadze używanie w niedalekiej przyszłości prostych i zdatnych do noszenia (werable) urządzeń pomiarowych. I tanich, a więc potencjalnie łatwo dostępnych. To ważne – zależy nam, aby technologią, która rozwijamy, była możliwa do wykorzystania w domowych warunkach – wyjaśnia dr Komendziński.
Z kolei dr Rutkowski dodaje, że badaniom w przychodniach czy klinikach często towarzyszy stres, który może zaburzać wyniki.
Dlatego naukowcy dążą do tego, by każdy samodzielnie w domu mógł sprawdzić, czy dane neuro-biomarkery występują w EEG – tak, jak robimy to dzisiaj, mierząc temperaturę czy ciśnienie. Wierzymy, że badania te mogą być wówczas bardziej wiarygodne – przekonuje.
Żaneta Kopczyńska, źródło: www.portal.umk.pl