医生无能为力时,他自己编程拯救了儿子的生命

马特·迈特与他的儿子巴迪。(图片来源:马特·迈特)


当自己的孩子被诊断为全世界罕见的致命遗传性疾病时,马特·迈特,一位研究网络安全的计算机科学家,决定改变研究方向,通过编写代码来拯救儿子的生命。他做到了。他不仅亲手将孩子从死亡线上拉回,还用这套人工智能系统为更多患上疑难杂症的病人进行诊断、找出治疗方案。


撰文 | 凯西·罗斯(Casey Ross)

编译 | 何雨珊

审校 | 吴非


2018年5月23日。克里斯蒂娜·迈特(Cristina Might)慢慢靠近她的儿子,她已经做了最坏的打算。数周来,她的儿子一直在与一种令人费解的疾病作斗争,这种疾病使他的肺部充满了液体。几个小时前,他的呼吸一度完全停止。11岁的巴迪(Buddy),一个喜欢海豚和水族馆,长着一双棕色眼睛的男孩,面带微笑,脸色苍白,眼神已无法集中。


幸运的是,巴迪安然度过了那个夜晚。阿拉巴马州儿童医院的医生将一根引流管插入巴迪的肺部,以排出积液。巴迪的病引起了一系列可怕的症状:他的股骨表面有一层黄色的物质,腹部因积液而隆起。经过数周的治疗,仍然没有人能给出确切的诊断,好在引流管有望多给他们多几天时间寻找答案。


巴迪的父亲,阿拉巴马大学伯明翰分校(UAB)休·考尔精准医疗研究所的主任马特·迈特(Matt Might),决定尝试用他掌握的技能——编写代码——来解决这个问题。


他在研究所的工作是创建一个人工智能系统,用于筛选和分析大量的生物医学信息。他坐在巴迪的床边,开始设计用于查询该系统的软件,了解儿子症状的起因。这个叫做mediKanren的人工智能系统仍在测试中,而且只为UAB的一个研究小组所用。


MediKanren及其所属的一个宏伟的研究项目由美国国立卫生研究院(NIH)资助,该系统拥有从各所大学和实验室收集的基因、蛋白质、疾病症状、治疗效果、药物分析等生物医学数据。这些信息分散在数百个数据库里,包括许多混乱的格式和术语,而mediKanren能够进行信息导航并建立连接,帮助医生和研究人员了解疾病根源,并进行有效的治疗。


在5月的最后一个周末,巴迪成为了mediKanre的首个医疗急救对象。接下来发生的一系列事情展示了人工智能在医疗中发挥的出色作用。在关键时刻,AI为他们提供至关重要的信息,甚至是改变医疗进程的依据。


当马特只输入了一半的症状时,屏幕上就亮起了数百个结果。系统根据症状的数量将结果进行分类,于是,最接近的几个匹配项被排到了列表顶部,包括癌症、自身免疫疾病和感染。


2012年,巴迪被诊断为世界上第一位NGLY1基因的两个位点均发生突变的患者NGLY1基因编码一种促进细胞废物再利用的酶。因为缺乏这种酶,巴迪患上了一种无法治愈的神经退行性疾病,他不得不坐轮椅,与一系列症状作斗争,包括癫痫、严重的发育迟缓,以及无法产生眼泪。


考虑到这一背景,马特确信,巴迪现在的病应该不是癌症,也不是自身免疫疾病。于是他把注意力放到了感染上,这是巴迪此前多次住院的罪魁祸首。但为什么这种感染会让巴迪变得如此虚弱,而且似乎对治疗产生抵抗力呢?它可以用常规的抗生素治疗吗?


马特和医生需要更多的信息和时间。



从网络安全到精准医疗


在2012年之后,马特的事业越来越多地和他儿子的疾病交织在一起。他以前的工作主要集中在网络安全领域、发现软件漏洞,但现在,他开始运用他的编程知识来寻找与巴迪的疾病相关的信息。


在医疗系统中,巴迪这样的病例很鲜见。罕见的基因状况让医生们束手无策,他们对疾病的潜在机制、治疗方法,以及如何调用资源一无所知。对巴迪而言,这项工作就降临到他父母的身上。


时任犹他大学计算机科学教授的马特和犹他大学药学院建立伙伴关系,他们开发的算法能够识别出特定的药物,用于治疗基因突变引发的症状。


果然,这套算法为巴迪找到了新的治疗方案:马特的团队发现,常用于治疗胃溃疡和胃酸倒流的兰索拉唑,能够缓解巴迪的慢性肺病,甚至改善他的整体状况,使他能够更容易地与人交流。


这个项目吸引了许多顶级合作伙伴,包括哈佛大学、波士顿儿童医院和利用人工智能开发药物的Recursion制药公司,同时也引起了奥巴马政府的注意。


2015年初,马特受邀访问白宫。


 “奥巴马总统走了进来,我们聊起了有关精准医疗的事情,”马特说,“他问我是否愿意帮忙,我大吃一惊,我当然答应了。”


2015年,马特成为奥巴马政府的精准医疗计划的顾问。(图片来源:PETE SOUZA/THE WHITE HOUSE


马特成为了一名白宫顾问,他的工作既令人兴奋又艰苦。马特和克里斯蒂娜拥有了另外两个孩子,幸运的是,他们出生时没有NGLY1基因突变。巴迪患有严重的发育迟缓,不会自己穿衣服,不舒服的时候也无法说出自己的感受,偶尔还会因感染住院治疗。马特一家的负担更重了。


2018年,结束在政府的工作后,马特接受了UAB的工作,于是全家搬到了伯明翰。巴迪对鱼类等海洋生物产生了浓厚的兴趣,父母在他的房间里放置了一个荧光灯水族馆。巴迪坐在轮椅上,指着闪闪发光的血鹦鹉鱼群,它们在水中飞快地游动着。


五月中旬的一个周六,他们一家到当地的科技馆游玩。回家后不久,巴迪发烧了,他看起来非常不舒服。


巴迪的体温上升、氧气水平下降,这是一个令人担忧的迹象。克里斯蒂娜不知道是什么导致巴迪病得如此严重,但系统识别告诉她,巴迪的情况十万火急。


大概20分钟的车程,他们赶到伯明翰市中心的阿拉巴马州儿童医院。


在途中,巴迪的体温上升到41℃,血压随之下降,血氧饱和度降至60%以下。一旦低于80%,就会导致脑损伤。急诊室的医生试图通过面罩给他输送氧气,但他已经无法呼吸。


医生们将一根管子插入巴迪的主静脉,将肾上腺素输送到心脏。一旁的护士告诉马特和克里斯蒂娜,巴迪遭遇了感染性休克。


迈特一家(图片来源:UAB)



寻找“已知的未知”


马特所在的精准医疗研究所接手全国范围内亟待解决的医疗案件,为巴迪这样的病人提供治疗方案。


最近的一个周一,研究小组在伯明翰市中心的一间会议室为100多名病人查看病历。马特坐在桌子的一端,业务主管安迪·克劳斯(Andy Crause)坐在另一端,中间坐着三名医学预科学生,以及最近加入该小组的密歇根大学病理学专家福雷斯特·胡尔斯(Forest Huls)博士。


MediKanren的界面显示在会议室的多台笔记本电脑上。它的名字来源于日语的“kanren”,意思是“连接”,它能够寻找不同信息之间隐藏的联系,比如兰索拉唑的分子靶点和巴迪的基因突变。


该系统从美国国立卫生研究院的项目中获取美国各地的生物医学数据,将传统的症状诊断转变为根据分子和细胞的异常情况对病症进行分类,从而为患者制定精准医疗方案。


到目前为止,mediKanren能够调用近80个数据库和所有在PubMed上发表的研究,其中,由联邦政府汇编的PubMed涵盖超过2900万篇医学论文。通过查询这些信息,医生和研究人员能够获取疾病的路线图。例如,如果想要治疗一种罕见的哮喘,mediKanren可以调取相关的病例信息,以及导致这种疾病的分子和遗传特征,并给出相应的治疗方案。这些信息可用来研究现有药物的作用机制,或者帮助寻找新的治疗方法。


在周一的病例审查中,研究团队接手了一系列案例:一个女孩的颤抖症状与ADCY 5基因的罕见突变有关;一个男孩反复出现不明原因的癫痫发作;一名男子身上出现了一系列异常症状,包括胸部疼痛、严重的头痛、耳鸣和出冷汗,他曾去过20多家医院,但问题依然存在。


对于最后这一案例,病理学家胡尔斯推测,该男子因头部受过伤,其颅内压引起了慢性脑脊液渗出,由此可以解释他的所有症状。


MediKanren提出,咖啡因可以促进脑脊液的产生。胡尔斯从该男子的病历中发现一个不寻常的习惯,他每天会喝五到六杯咖啡。


胡尔斯说:“我认为他一直在无意中治疗自己。”他计划为这位病人写一份理论报告,“如果我的推测是正确的,只要将血液注入他的脊柱,堵塞脑脊液渗出,就能缓解症状。”


在该团队接手的诸多案例中,mediKanren扮演着一个助手的角色,连接着团队成员可能忽略的问题。


在凯尔西·绍尔(Kelsea Sauer)的案例中,mediKanren表现出更强的推动作用。


21岁的绍尔在经历了数次呕吐和恶心之后,在去年向该研究所请求帮助。她的症状导致体重降至35公斤,去年10月住院两周半。经过了数名医生的反复检查,凯尔西仍没有得到确切的诊断。


在UAB,mediKanren经过初步搜索,发现了数十种可能的治疗方法。马特和他的团队专注于一组还没有在凯尔西身上试验过的治疗方法,他们称此为“已知的未知”。这些治疗方法在文献中均有记载,但如果没有人工智能算法的帮助,则很难被发现。


MediKanren发现了三篇论文,均表明由鼻腔吸入异丙醇可以缓解恶心。凯尔西的医生同意尝试这个办法。


她的症状果然得到了缓解,“这仿佛是一夜之间的改变,”她说。她在床边和钱包里备了酒精棉片,每当感觉不适,她就会吸一吸。她的体重逐渐增加到56公斤,生活也恢复正常。


凯尔西的例子展示了mediKanren的潜力。但是,面对巴迪迅速恶化的病情,mediKanren几乎没有出错的余地了。它能有所帮助吗?



关键性微生物


在儿科重症监护病房度过了一个危险的夜晚后,巴迪逐渐从感染性休克中恢复过来。他在床上看电影、玩毛绒玩具。但危险才刚刚开始。


出院后不到24小时,巴迪再次被送进医院。这一次是腿部的剧烈疼痛。医生们做了两次手术,从他的股骨上刮出一种黄色物质,随后,他的手臂肿了起来,液体开始充满他的肺。巴迪再次陷入休克。5月23日,他的父母回家睡了几个小时,等待第二天的手术。


突然电话响了。“他们打电话让我们赶去医院。”克里斯蒂娜说。急救小组冲到巴迪的房间,试图让他恢复呼吸。接下来的几个小时陷入了一场令人绝望的混乱:输血,然后实施手术,医生将一根管子插入巴迪的肺部,接着插入一根更大的管子来虹吸液体。


他终于开始稳定下来,但感染的原因仍然是个谜。所有的血液培养结果均为阴性。


这时,mediKanren给出了一个关键性线索:一份可能的微生物清单,包括一种名为假单胞菌Pseudomonas)的细菌。感染假单胞菌的患者大多只表现出轻微的症状,但对于巴迪这种免疫系统受损的病人来说,症状可能更严重。马特将结果发送给巴迪的医生,请求进行更多的检测来明确病因。


他建议医生给巴迪进行基因组分析,将巴迪血液和肺部液体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。


业务主管克劳斯发现,亨茨维尔有一个实验室,可以在数小时内完成分析。于是,马特将儿子的血液和肺部液体样本装进冷藏箱,交给克劳斯。


分析结果显示,巴迪肺部液体中假单胞菌含量由2%上升至13%。分析还发现了大肠杆菌的异常情况,它也出现在mediKanren给出的清单上。


这给巴迪的医生们指明了治疗方向:他们开了美罗培南,这种抗生素可同时消灭假单胞菌和大肠杆菌。但由于成本高,而且要避免产生耐药菌,这种药很少被使用。


“用药之后,他的情况明显好转了,”克里斯蒂娜说,“他睁开了眼睛,看着我们的脸。第二天,他像是变了一个人。”


几天后,马特和克里斯蒂娜兑现了他们对巴迪做的承诺:带他去佛罗里达州的木星海滩,和海豚一起游泳。马特和克里斯蒂娜在游泳池里将巴迪抱起,他和一只海豚的鼻子大约只有10厘米的距离。巴迪脸上浮现出灿烂的微笑。


(图片来源:马特·迈特)



希望与危机


巴迪与疾病的抗争之路,以及他的父母公开谈论此事的意愿,也给其他病人带来了帮助。在巴迪的NGLY1基因诊断之后,有70多人被确诊这种疾病,由此形成了一个由病人及其家庭组成的全球范围内的社群。


巴迪的9岁生日在白宫举行,其他罕见疾病患者也在场为他庆生。


最近一次住院治疗再次展示了人工智能的潜力。即使在令人绝望的情况下,它也发挥着积极作用。在哈佛大学的一次精准医疗学术活动中,马特谈到了人工智能在巴迪康复期间起到的作用:“我现在敢说,数据是21世纪最伟大的药物。关键在于,我们在人工智能的帮助下,如何分析利用这些数据。”


目前,UAB正在努力将马特的团队和mediKanren纳入到临床护理体系,帮助医生们在利用人工智能方面迈出关键一步。


但巴迪的未来并不是那么光明。在回家以后,巴迪的身体状况又退化了。他无法自己坐好,也不能用手玩玩具了。


“每次发病、从医院回来后,他都只有先前的90%,从未恢复到100%,”克里斯蒂娜说,“他很虚弱,而且疲惫不堪。疾病从他身上带走了太多了。”


巴迪正进入青春期。在这个时期,NGLY1失调的患者身体机能通常会迅速衰退。克里斯蒂娜说,她希望巴迪能够幸福地生活在自己的世界里,摆脱疾病带来的痛苦。但她知道巴迪所面对的冰冷现实。


“他在很努力地活下去,”她说,“在他14个月大时,医生预计他只有2到3年的寿命。所以每一秒,每一天都是上天赐予的礼物。”


她的声音颤抖着,“这真的很难。当我不能保证明天会更好的时候,用极端的措施来延长他的生命是不公平的,”克里斯蒂娜说, “我们在努力,我为他感到骄傲。我太爱他了。他是个了不起的小男孩。”


原文链接:

https://www.statnews.com/2019/07/25/ai-expert-writing-code-save-son/



万物科学主题Tee正式发售

原价128元/件的万物Tee

现价仅需98元/件

点击图片或点击阅读原文

进入购买页面

评论已关闭