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一位计算机科学家，在儿子被诊断患有世界罕见遗传病后，决定通过自己的专业能力为儿子寻找治疗方法。他和同事们用代码构建起一套能帮助医生和研究人员找到疾病根源、制定治疗方案的人工智能系统，不但在病床前救回了自己的儿子，也为其他患者找到了新的希望。
巴迪和他的父母。图片来源：pinterest
来源 Statnews
作者 Casey Ross
编译 桑颂
编辑 魏潇
巴迪（Buddy）是一个喜欢海豚和水族箱、有着大大棕色眼睛的男孩，正无精打采地昏昏欲睡。数小时前，他的呼吸曾完全停止，是一组计算机专家及时赶来，帮助他摆脱了死亡的纠缠。现在这个拥有灿烂笑容的 11 岁男孩面容苍白，连眼神都无法集中。他的妈妈克里斯蒂娜·迈特（Cristina Might）一度以为自己要和儿子永别，现在，她陪在儿子身旁，不断地安慰他：一切都会好起来的。
巴迪本名伯特兰（Bertrand），生活在美国阿拉巴马州的伯明翰，年纪不大却有着漫长的病史。在经历了一段漫长而又艰难的求医之路后，巴迪在 4 岁那年被确诊为世界首例 NGLY1 双等位基因突变的患者。NGLY1 基因编码一种促进细胞废物再循环的酶，缺乏这种酶导致巴迪患有无法治愈的神经退行性疾病，让他困于轮椅的同时还不得不与一系列的并发症做斗争：他的大脑会出现癫痫样活动，身体严重发育迟缓，而且没办法产生眼泪。
今年五月，这种病引发了一系列可怕的症状：巴迪的股骨中出现黄色物质，腹部充满液体并开始膨胀。虽然几周之内多次进出医院，却并未得到相应的诊断结果。阿拉巴马州儿童医院的医生只能向巴迪身体中插入一根引流管，来帮他排出体内的积液。
巴迪这样的患者在医疗保健系统中太过罕见，医生对于其患病机制和治疗手段一无所知，也不知道如何整合资源来改变现状。于是，父母成了巴迪最后能依靠的人。
代码带来的希望
巴迪的父亲、阿拉巴马大学伯明翰分校（University of Alabama at Birmingham，UAB）休·考尔精准医学研究所（Hugh Kaul Precision Medicine Institute）主任马特·迈特（Matt Might）对于医院迟迟不能给出诊断结果感到失望，他在同事的帮助下，开始用只有他们能做到的方式来拯救儿子 ——写代码。
在儿子病床边工作的马特。图片来源：COURTESY MATT MIGHT | STAT
在巴迪被确诊为 NGLY1 基因突变之前，马特是犹他大学（University of Utah）计算机科学专业的教授，工作主要集中在网络安全和软件漏洞领域，后来儿子生病，他开始用编程知识寻找巴迪病症背后的生物学通路。在犹他州，马特与药学院建立了合作关系，希望开发出一种算法，通过对在现有药物名单的检索，找到一些对儿子这类罕见基因突变疾病也可能有效的药物。这种方法的确带来了成效：马特的研究小组发现通常用于治疗胃溃疡和胃酸反流的兰索拉唑（Prevacid）能够缓解巴迪的慢性肺病问题，甚至能改善他和别人的交流障碍。
该项目吸引到了顶级的合作伙伴如哈佛大学（Harvard University）、波士顿儿童医院（Boston Children’s Hospital）和有名的 AI 生物科技公司 Recursion Pharmaceuticals；同时也引起了政府的注意。他于 2015 年初接受了访问白宫的邀请并会见了奥巴马，成了美国“精准医学计划”的顾问。
奥巴马与马特的会面。来源：PETE SOUZA/THE WHITE HOUSE/STAT
2018 年，马特调到 UAB 工作。他和该校精准医学研究所的同事们组成了一支疑难杂症解决小队，专门帮助巴迪这样辗转了多个医院、看过 N 个医生、做过数不清的检测也无法找到治疗方案的病人。在这个团队里，还有一个能够筛选和分析大量生物医学信息的人工智能系统 mediKanren。
mediKaren 的名字源于日语词组“関連”（音 kanren），这也反映出了它的角色：在浩如烟海的生物医学信息碎片中发现其背后存在的隐秘联系。它使用的数据来自美国国立卫生研究院（National Institutes of Health）资助的 Translator 项目，这个项目准备将全美大学和研究机构收集到的关于基因、蛋白质、疾病症状、患者结果、药物等数十年的生物医学数据信息流结合起来，让这些数据变得可被检索，让医生能够通过分子或细胞水平的异常情况做出疾病分类和诊断，并且可以实施精准治疗。目前这些信息仍分散在数百个数据库中，格式和描述方法混乱，无法轻松进行分析。而 mediKanren 就是帮助医生和研究人员找到疾病根源、制定治疗方案的 GPS。
目前，mediKanren 已经将 80 多个数据库和 PubMed 上 2900 多万篇医学论文纳入囊中。使用者可以通过它查询信息，为医生和研究人员提供各种疾病的生物学路线图。如果用户正在研究一种罕见哮喘病的治疗方法，那么 mediKanren 可以展示出在既往患者身上，与该疾病有关的所有分子和遗传特征的信息，以及他们的治疗历史。这些信息能够用来检验现有药物能否用来治疗这种罕见疾病，或者能否为创建新疗法提供帮助。
信息学专家表示，该系统的一个关键属性是能够突出显示其获取信息的来源，以便研究人员通过已发表的文献和数据库中的信息来追踪其逻辑。哈佛大学（Harvard University）伯克曼·克莱因互联网与社会中心（Berkman Klein Center for Internet and Society）的人工智能研究员约翰·鲍尔斯（John Bowers）表示：“马特·迈特的系统令人兴奋的部分原因在于，它尊重因果关系和人类分析师的作用。它告诉我们，人类分析师可以从大量的联想预测和数据中受益，但它并没有将分析师变成完全受人工智能系统支配的傀儡。”
图片来源：HYACINTH EMPINADO/STAT
马特的团队在 mediKanren 的帮助下对大量疑难病例进行了“会诊”。其中包括：一名患有震颤的女孩，该疾病与 ADCY5 基因中罕见的突变有关；一名癫痫反复发作但原因不明的男孩；以及一个胸痛、头痛、耳鸣、虚汗却迟迟找不到病因的男士。对于最后一种情况，马特团队里的医生和病理学家弗雷斯特·赫尔斯（Forest Huls）推测，该男子可能因为头部损伤导致了脑脊液的缓慢泄漏，并认为这种泄漏很可能是由颅内压引起的。
而且，mediKanren 还找到了一个关键性线索——咖啡因是一种能够促进脑脊液生成的物质，而巧合的是赫尔斯从患者的病历中发现，他有每天喝五到六杯咖啡的习惯。“我认为他一直在无意中治疗自己，” 赫尔斯说。
这种情况中， mediKanren 扮演的是连接者的角色，它能帮助团队成员将那些可能被忽视的关键信息连接在一起。而在凯尔西·绍尔（Kelsea Sauer）的案例中，mediKanren 则提供了更大的推动力。
去年，21 岁的凯尔西·绍尔因长期患有呕吐和恶心而来到马特的研究所。她的体重已经下降到 35 公斤，并且已经住过半个多月的院。她曾奔波于六七名医生之间，但他们经过反复检查仍无法提供明确的诊断结果或有效的治疗方法。而通过 mediKanren 的初步检索，团队发现了数十种凯尔西·绍尔还没有尝试过的治疗方案。这些方案都藏在文献里，如果没有能够即时搜索全部信息的算法，可能很难找到。其中，有三篇论文表明鼻腔吸入异丙醇可以减缓患者的类似症状。绍尔在尝试了这种治疗方法之后，病情得到了明显的改善，体重也增加到了 55 公斤。
病床前的代码
凯尔西·绍尔在 mediKanren 的帮助下恢复了正常的生活，但马特当时恐怕没有想到，他的儿子巴迪会在不久之后成为 mediKanren 的第一个医疗急救案例。
今年 5 月中旬，在一次愉快的全家出游后，巴迪突然开始发热。马特陪在儿子身边，立刻给妻子克里斯蒂娜发了个消息。当时巴迪的血氧饱和度开始下降，体温不断上升，当夫妻俩开了 20 分钟的车将巴迪送到阿拉巴马儿童医院的时候，这个男孩儿已经烧到了 41 度，血氧饱和度降到了 60% ——这个数字低于 80% 就有可能造成脑损伤。
急诊医生试图给巴迪吸氧，但氧气面罩起不到任何作用，他们只能选择插管。巴迪住进了儿科重症监护病房，他的腿部出现了难以忍受的疼痛、肺部开始积液，甚至经历了一次呼吸暂停。医生判断巴迪陷入了感染性休克，可是没人能找到感染源，只能靠肺部插管帮他排掉胸腔里妨碍呼吸的积液。
病床上的巴迪。来源：HYACINTH EMPINADO/STAT
医生束手无策，此时马特只能求助于 mediKanren 了。
这位计算机科学家坐在儿子的病床边，开始用一行行代码构建起一个连入 mediKanren 的软件界面。虽然之前 mediKanren 救回了凯尔西·绍尔，但它仍然是一个试验性项目，只有马特和 UAB 的小团队有使用权限。在向 AI 输入了六个症状之后，计算机屏幕显示出数百项结果。最匹配的选项包括癌症、自身免疫性疾病和感染，它们排列在检索结果的顶部。根据儿子之前的诊断结果，马特排除了癌症或自身免疫疾病的可能，并注意到了感染这一项——这也是导致巴迪这次住院治疗的罪魁祸首。
通过 mediKanren 的查询，马特得到了一个关键性结果：他找到了一串可能导致巴迪患病的微生物，一种叫假单胞菌（Pseudomonas）的细菌名列其中。大多数人感染假单胞菌只会出现轻微症状，但对于像巴迪这样免疫系统受损的患者，可能会产生更严重的后果。马特将这一结果转发给了巴迪的医生，并建议给儿子做一个宏基因组分析，这能将巴迪的血液和肺积液中的遗传物质与数千种细菌、病毒和其他病原体的数据库进行对比，从而诊断感染源。
分析结果显示：巴迪肺积液中的假单胞菌数量从 2％ 上升到了 13％。测试还发现了大肠杆菌数量的上升——这与之前医院得到的分析结果一致，并且也出现在了 mediKanren 生成的列表中。
在医生给巴迪使用了能够根除假单胞杆菌和大肠杆菌的抗生素美罗培南（meropenem），一个疗程后，男孩的病情有了明显的好转——不久之后，他又可以去海洋公园和他最喜欢的海豚一起玩耍了。
马特和巴迪。图片来源：COURTESY MIGHT FAMILY | STAT
巴迪的未来
巴迪的经历为其他患者打开了大门。在他被确诊为 NGLY1 基因病后，又有超过 70 名患者被相继确诊。他们共同组成了一个由患者和家庭构成的全球社区。巴迪和 mediKanren 的故事，又一次展示出人工智能在促进科学研究、在困境中找到答案的强大能力。
更重要的是，巴迪的故事告诉我们，人工智能存在的意义不在于自动化护理或者取代医生的判断，而是在最重要的时候给予他们关键信息，以及改变方向的理由。
目前，阿拉巴马大学伯明翰分校正致力于将马特·迈特的团队和 mediKanren 纳入临床护理，并以此帮助医生应对一些具有挑战性的病例。
但是，巴迪的未来并不像 mediKanren 那样光明。克里斯蒂娜说自从巴迪从医院回家后，就不能像以前那样自己从床上坐起来，或者用手玩玩具了。这个男孩正在进入青春期，这正是 NGLY1 遗传病恶化加剧的时期。他的母亲希望儿子能够尽可能地快乐度过每一天，尽管她明白，不论如何挽留儿子的生命，她和马特终将面对那个冰冷的现实。
巴迪 14 个月大的时候，医生告诉克里斯蒂娜她儿子最多还有两到三年的时间。现在巴迪 11 岁了，他的父母在人工智能的帮助下又一次让儿子度过了难关。正如他妈妈所说，“我们经历的每一天，都是上天赐予的礼物。”
本文转载自公众号“科研圈”。
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