AI 也會抄捷徑,醫學研究發現深度學習演算法缺陷
作者 Alan Chen | 發布日期 2021 年 07 月 27 日 19:37 |
人工智慧在現今癌症治療上,具有相當大的幫助,透過深度學習,系統可以快速分析腫瘤切片影像,提供醫生有關癌症類型和治療建議等重要資訊,但美國芝加哥大學研究團隊發現,如果深度學習演算法沒有適當調整,AI 會做出偏頗的病理分析。
芝加哥大學(University of Chicago)研究團隊,在本月的《自然-通訊》(Nature Communication)期刊中發表研究指出,透過醫療影像學習的過程中,若沒有對演算法進行特別校正,AI 就會以資料上傳的地區、醫學機構等資訊自行歸類,並使用歸類資料進行比對分析,產生病理資訊和治療建議,但以這種方式而不是透過比較嚴謹的生理和病史資訊進行分析, AI 容易產生偏頗或不正確的分析和治療建議。
研究團隊在實驗中,讓 AI 系統透過美國國家癌症研究所(National Cancer Institute, NCI)與國家人類基因組研究所(National Human Genome Research Institute, NHGRI),共同合作的「癌症基因組圖譜(The Cancer Genome Atlas, TCGA)」資料庫內,大量的癌症組織切片影像進行深度學習,發現了 AI 這種透過演算法習性,產生偏頗判斷的問題。
「我們在這項研究中發現了 AI 的盲點,由於需要快速分析,因此演算法會合理的認為使用機構和區域分類,可以更有效歸類檔案,提高學習分析的效率。」芝加哥大學醫學系 Alexander Pearson 博士指出,但 AI 用這種歸類方式學習大量影像後,卻會開始忽略病患個人的生理數據和病史資料,改以上傳機構和地區之間的影像互相比對。
如此一來,醫療軟硬體條件較好,或比較富裕區域內的病患切片樣本,由於通常有比較多治療選項,治癒機率也較高,因此 AI 容易對這些區域的樣本提出比較樂觀的病理分析和治療方式,但是對於條件較差的機構或區域,產生的分析與建議就會比較差,等於將社會醫療資源的不平等反射出來。
研究團隊也表示,要避免出現這種盲點,系統開發者在訓練 AI 學習時,必須確保各種類型的腫瘤切片影像,是平均來自各個地區與機構上傳的資料,或是在學習過程出現判斷偏頗時,將影像樣本鎖定在一個特定條件,避免 AI 自行產生歸類和比對分析的習慣,才能產生比較準確的分析結果。
要如何避免 AI 出現「偷吃步」的情形,對於現代醫學越來越仰賴 AI 進行分析的狀況下,顯得格外重要,若是因為 AI 產生不準確的病理分析,導致醫生判斷失準,原本用來幫助人類健康的科技反而會成為病患生命的一大威脅。
附圖:▲主導研究團隊的芝加哥大學醫學系 Alexander Pearson 博士。(Source:University of Chicago)
▲AI 在面對大量資料時也會嘗試簡化歸類程序,產生盲點。(Source:BDAN)
資料來源:https://technews.tw/2021/07/27/university-of-chicago-team-found-out-machine-learning-flaw-that-will-produce-biased-medical-analysis/
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【研究指出「癌症的年輕化」,與「肥胖」有密切的關係:肥胖會影響生物體對各種癌症的腫瘤免疫力】
肥胖是現代人最常見的文明病,除了會增加心腦血管疾病、代謝疾病風險,也被認為與癌症有關。國際權威期刊《Cell》近期一篇研究指出[1],肥胖動物體內的癌細胞,更容易在與免疫細胞爭奪能量的過程中佔上風,進而使免疫細胞的毒殺T細胞活性下降,導致癌腫瘤生長速度加快。
哈佛大學HMS Blavatnik研究所細胞生物學教授Marcia Haigis表示,從小鼠實驗中發現,處在肥胖環境中的癌細胞,會根據微環境中的脂肪量調節新陳代謝,使其更易從脂肪分子中獲取能量。
與一般正常飲食相比,高脂肪飲食下的腫瘤生長得更快速。該研究認為,肥胖會影響生物體對各種癌症的腫瘤免疫力,將是未來改善免疫治療、組合治療對癌症效果的線索。
■肥胖增加癌症發生率,子宮內膜癌食道癌最典型
「新光吳火獅紀念醫院」腫瘤治療科主任季匡華醫師受訪表示,肥胖確實會增加癌症風險,有幾種癌別與肥胖關係較密切,以女性子宮內膜癌最典型。
此外,食道腺癌或稱為賁門癌者,與慢性胃酸逆流有關係,而肥胖是增加胃酸逆流的重要因素。總體而言,肥胖影響肝癌、腎癌、胰臟癌、大腸癌、乳癌的發生率,平均約增加近1.5倍至2倍風險,也會增加癌症死亡率。
季匡華醫師指出,造成肥胖的一大原因,與不健康的飲食有關,例如長期攝取高溫烹調的紅肉或牛油類油脂,這些不健康的飲食方式,會促進體內發炎、增加肥胖風險與癌症發生率。
■肥胖恐增心腦血管病變,男女皆應控制腰圍
肥胖對健康的傷害遠不只限於癌症,也與糖尿病、心血管疾病、高血壓、腦中風等疾病有關。
國健署建議,男性腰圍≧90公分、女性腰圍≧80公分,已屬於「腹部肥胖」,平日應注意飲食、運動、體重控制,必要時諮詢醫療健康照護人員[2]。
■肥胖環境會抑制T細胞功能,讓癌細胞搶走身體養分
「人體免疫是抗癌最大的工具之一,其中免疫細胞(如T細胞)更是主力部隊。像是近年來熱門的CAR-T療法,就是從患者體內取出免疫細胞後,改造成可攻擊特定癌細胞的免疫細胞,再將這些免疫細胞注射回患者體內治療疾病。」陽明生化所博士張薏雯分析,如果體內的免疫細胞數量、活性不足,就無法牽制腫瘤細胞的發展。
張薏雯指出,小鼠實驗中發現這些肥胖小鼠的腫瘤長得快,不只是因為腫瘤細胞有源源不絕的養分,而是肥胖的環境會幫助腫瘤細胞打壓體內的T細胞。以白話來說「壞人(癌細胞)得到充足的資源,好人(T細胞)卻越來愈虛弱,這兩方面的影響,導致體內的癌細胞越長越快。」
高熱量環境中的癌細胞對脂肪酸的攝入明顯增加了,這極有可能影響到T細胞對脂質的攝取。也就是說,在高熱量條件下,物質極大豐富,癌細胞立刻適應了富裕的生活,大肆吃喝,結果很可能搞得T細胞沒得吃了!
張薏雯博士解釋,這項研究非常特別的發現是,肥胖帶來的影響並不只是直接促進腫瘤的生長,而是抑制了免疫的功能。這些腫瘤周圍的免疫T細胞數量不僅少,活化的程度也較低,自然無法幫助身體消滅癌細胞[3]。
■健康體位關鍵密碼:「BMI 1824」僅17.6%民眾知道如何正確計算BMI
BMI為簡易又省錢的體位判定標準,世界衛生組織(WHO)指出以身高與體重計算出的身體質量指數(Body Mass Index,簡稱BMI) 是最常用於評估體位的一項簡易測量指標,並建議以BMI來界定體重過輕、健康體重、體重過重或是肥胖。
研究顯示,「體重過重」或是「肥胖」(BMI數值過高)的人,罹患疾病的風險與死亡率比健康體重的人要高。近年,國民健康局積極宣導如何正確計算BMI,就是希望讓民眾可以簡易地評估自己的體位,降低罹患疾病的風險。
➨如何計算BMI?它的算法是:體重(公斤)/(身高x身高)(公尺x公尺)。
例如:一個52公斤的人,如果身高155公分,則他的BMI為52/(1.55x1.55)=21.6。BMI的好處是和身高一起考量,而非只看重體重。
➨如何判讀BMI?健康體位關鍵密碼:「BMI 1824」
▶體重過輕:BMI<18.5
▶正常範圍:18.5≦BMI<24
▶異常範圍:過重24≦BMI<27
▶▶輕度肥胖27≦BMI<30
▶▶中度肥胖30≦BMI<35
▶▶重度肥胖BMI≧35
➨量量你的腰圍
雖然BMI介於正常範圍內,但如果:
▶男性腰圍≧90公分(約35.5吋)
▶女性腰圍≧80公分(約31.6吋)
也算是肥胖[4]。
張薏雯建議第一步還是先控制自己的體重。「從癌症基因組圖譜(TCGA)數據庫中獲得的數據集顯示,BMI在30以上的肥胖患者中,T細胞浸潤顯著減少的情況更嚴重。」張薏雯建議,將體重控制在正常範圍內,不僅有利於抗癌,對於慢性疾病的控制也有較好的效果。[3]
■如何對抗肥胖這個新興的危機
美國臨床腫瘤學會針對肥胖這個新興的危機,提供腫瘤臨床工作者一個指引[5],其開宗明義說,並不是要讓每個腫瘤科醫師成為體重控制專家,而是期望腫瘤科醫師在治療的過程中,能幫助病人理解肥胖與癌症的關連,並引導病人往正確的方向努力。
以下三個步驟,為腫瘤科醫師必備的基本能力:
▶第一
能夠利用BMI來評估(assess)一個病人是否過重或肥胖,並告知病人這個問題。
▶第二
若確定病人為過重或肥胖,則建議(advise)他藉由增加身體活動、減少卡路里攝取等健康生活型態,當然並不是要腫瘤科醫師花很多時間,甚至是建立一個詳細的計畫,只要向病人提出這樣的概念即可。
▶最後
腫瘤科醫師必須要在適當的時間轉介(refer)病人到專家處做進一步諮詢。[6]
年輕人罹患癌症的案例越來越多,這種原本我們以為是40歲以後才需要擔心的疾病,現在似乎有漸漸年輕化的趨勢。這也成了許多科研團隊研究的議題,近期,一項發表在國際期刊《The Lancet Public Health》的研究指出,癌症的年輕化,與「肥胖」有密切的關係[7]。
■我們如何達到減少過重或肥胖的目標呢?
▶以個人的層次來看,可以減少攝入脂肪和糖,限制熱量的攝取;增加蔬果、豆科食物、堅果穀物等的攝取;規律的運動(成人每週需達150分鐘)。
▶但是以社會的層次來看,除了需要政府與相關社會團體的支持,社會也必須提供可獲得、可負擔或可近性的運動環境與健康食物選擇。藉由個人與整個社會的配合,減重、健康的生活將不是夢![6]
【Reference】
1. 來源
➤➤資料
∎[1]
Baker, Gregory & Gassaway, Brandon. (2020). Obesity Shapes Metabolism in the Tumor Microenvironment to Suppress Anti-Tumor Immunity. Cell. 10.1016/j.cell.2020.11.009.
∎[2]
(今健康) 肥胖不只致癌?研究:腫瘤搶脂肪當燃料、免疫細胞變殘廢:https://bit.ly/2O0eZNq
∎[3]
(Heho健康)胖子的癌細胞會和免疫細胞搶養分!《Cell》:抑制T細胞功能讓腫瘤長更快
https://bit.ly/3sDP2lO
∎[4]
(衛生福利部-國民健康署)健康體位關鍵密碼 BMI 1824 僅17.6%民眾知道如何正確計算BMI:https://bit.ly/3rv3Lhz
∎[5]
Obesity & Cancer | ASCO
https://bit.ly/2Ob2KOk
肥胖與癌症:腫瘤學提供者指南(Obesity and Cancer: A Guide for Oncology Providers)
https://bit.ly/31xveoy
∎[6]
(乳癌防治基金會) 「肥胖與癌症」:https://bit.ly/3tZpHmG
∎[7]
(Heho健康) 「癌症年輕化 20年權威數據:跟「它」關係最大!」:https://bit.ly/3we2LSS
➤➤照片
∎發現得癌症的年輕人愈來愈多,為什麼?:https://bit.ly/2PGtXIO
∎[2]
肥胖增加癌症發生率-子宮內膜癌、食道癌最典型
∎(蘋果新聞網)哈佛研究指高脂飲食會餓死免疫細胞 激活腫瘤生長:https://bit.ly/2PHfWLe
2. 【國衛院論壇出版品 免費閱覽】
▶國家衛生研究院論壇出版品-電子書(PDF)-線上閱覽:
https://forum.nhri.org.tw/publications/
3. 【國衛院論壇學術活動】
▶https://forum.nhri.org.tw/events/
#國家衛生研究院 #國衛院 #國家衛生研究院論壇 #國衛院論壇 #衛生福利部 #國民健康署 #健康體位 #肥胖 #癌症 #腫瘤免疫力 #脂肪 #BMI
新光吳火獅紀念醫院 Shin Kong Wu Ho-Su Memorial Hospital / 衛生福利部 / 國民健康署 / 財團法人國家衛生研究院 / 國家衛生研究院-論壇
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「加強醫藥衛生研究,增進國人健康福祉!」
今天上午虹安和民眾黨立院黨團一起來到位於苗栗竹南的 #國家衛生研究院,交流醫藥衛生相關研究。國衛院為國內唯一任務導向專責醫藥衛生研究機構,致力於重大疾病防治研究、醫藥衛生政策建言等方面推動。
虹安會中也特別就教國衛院梁院長和團隊三個面向:
#攜手合作助力肺炎疫苗國家隊!
新冠肺炎疫苗全球部份國家已開打,台灣也近期持續進行國外採購談判,期待早日可讓國人接受疫苗施打。然而,畢竟也不能完全仰賴進口,在國產疫苗研發,國衛院除技術移轉外,於臨床試驗上,也應發揮專業加大力度積極協助,培植疫苗國家隊!
#國家級人體生物資料庫推動刻不容緩!
目前於醫學中心許多基因定序研究,是用美國TCGA白種人基因資料庫,但比對華人基因時,有許多歧異點並非突變,而僅為族群自有的基因多型性。若能有華人基因定序,可節省很多比對基因的時間和資源。國家級人體生物資料庫由衛福部主導,跨部會合作,應更積極發展完備相關數據庫,造福精準醫療及預防醫學相關研究,打造健康大數據永續平台!
#引頸期盼設立國家級癌症研究中心!
癌症蟬聯台灣37年來國人十大死因榜首,而依據癌症防治法第十條,國衛院應設立國家級癌症研究中心,推動各類癌症相關研究及臨床試驗,但虹安看到國衛院轄下8所3中心,僅有癌症研究所,也並非國家級癌症研究中心層級,因此會中呼籲盡快檢視不足之處,完善癌症防治法規定。
和國衛院梁院長及所長們交流的過程中,可以感受到團隊的專業及公信度,也深深覺得有國衛院於公共衛生領域的努力和實踐,為台灣成功防疫絕對盡了一份心力!謝謝您們,也希望大家同心並肩、持續努力 💪🏻
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![影片讀取中](/images/youtube.png)
This webinar describes GDC resources for working with The Cancer Genome Atlas (TCGA), a landmark ... ... <看更多>
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