大多數(shù)現(xiàn)代醫(yī)學(xué)都有物理測(cè)試或客觀技術(shù)來定義使我們感到不適的許多疾病。但是，目前還沒有血液，基因檢測(cè)或公正的程序可以明確診斷精神疾病，當(dāng)然也沒有人可以區(qū)分具有相似癥狀的不同精神疾病。東京大學(xué)的專家正在將機(jī)器學(xué)習(xí)與腦成像工具相結(jié)合，以重新定義診斷精神疾病的標(biāo)準(zhǔn)。

像這樣的MRI圖像通過機(jī)器學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)算法進(jìn)行篩選。該算法基于大腦某些區(qū)域的厚度，體積或表面積的細(xì)微但統(tǒng)計(jì)上重要的差異，學(xué)會(huì)了識(shí)別非患者，診斷為自閉癥的患者和診斷為精神分裂癥的患者的大腦。該工具可能有助于使將來的心理健康診斷更加客觀，而不是僅僅依靠患者及其家人的陳述。圖片來源：CC-BY /東京大學(xué)小池真輔

“包括我在內(nèi)的精神科醫(yī)生經(jīng)常與患者及其老師，朋友和父母談?wù)摪Y狀和行為。我們僅在醫(yī)院或診所中與患者會(huì)面，而不是在日常生活中。我們必須使用主觀的二手信息來做出醫(yī)學(xué)結(jié)論。”東京大學(xué)副教授，最近發(fā)表在《轉(zhuǎn)化精神病學(xué)》上的這項(xiàng)研究的資深作者小池伸介博士解釋說。

“坦率地說，我們需要客觀的措施，” Koike說。

重疊癥狀的挑戰(zhàn)

其他研究人員設(shè)計(jì)了機(jī)器學(xué)習(xí)算法，以區(qū)分精神疾病患者和自愿作為此類實(shí)驗(yàn)“對(duì)照”的非患者。

Koike說：“很容易分辨出誰是患者，誰是對(duì)照，但是要區(qū)分不同類型的患者之間的區(qū)別并不容易。”

UTokyo研究小組表示，他們的研究是第一個(gè)區(qū)分多種精神病診斷的研究，包括自閉癥譜系障礙和精神分裂癥。盡管在流行文化中描述方式截然不同，但科學(xué)家長(zhǎng)期以來一直懷疑自閉癥和精神分裂癥之間存在某種聯(lián)系。

自閉癥譜系障礙患者的精神分裂癥風(fēng)險(xiǎn)比普通人群高10倍。自閉癥需要社會(huì)支持，但精神分裂癥的精神病通常需要藥物治療，因此區(qū)分兩種情況或了解何時(shí)發(fā)生是非常重要的。” Koike說。

計(jì)算機(jī)將大腦圖像轉(zhuǎn)化為數(shù)字世界

醫(yī)學(xué)和機(jī)器學(xué)習(xí)專家的多學(xué)科團(tuán)隊(duì)使用MRI(磁共振成像)腦部掃描對(duì)206名日本成年人，已經(jīng)診斷出患有自閉癥譜系障礙或精神分裂癥的患者，被認(rèn)為患有精神分裂癥的高風(fēng)險(xiǎn)患者以及他們的第一例精神病患者，以及沒有精神健康問題的神經(jīng)型患者。所有患有自閉癥的志愿者都是男性，但其他群體中的男性和女性志愿者數(shù)量大致相等。

機(jī)器學(xué)習(xí)使用統(tǒng)計(jì)信息來查找大量數(shù)據(jù)中的模式。這些程序在組內(nèi)發(fā)現(xiàn)相似之處，在組之間發(fā)現(xiàn)差異，而這些差異經(jīng)常發(fā)生，以至于不能被巧合地忽略掉。這項(xiàng)研究使用了六種不同的算法來區(qū)分患者組的不同MRI圖像。

本研究中使用的算法學(xué)會(huì)了將不同的精神病學(xué)診斷與MRI圖像中大腦的厚度，表面積或體積的變化相關(guān)聯(lián)。尚不清楚為什么在特定的心理健康狀況下經(jīng)常發(fā)現(xiàn)大腦的任何物理差異。

訓(xùn)練期過后，又對(duì)另外43名患者進(jìn)行了腦部掃描，對(duì)算法進(jìn)行了測(cè)試。機(jī)器的診斷與精神科醫(yī)生的評(píng)估相符，具有很高的可靠性和高達(dá)85%的準(zhǔn)確度。

重要的是，機(jī)器學(xué)習(xí)算法可以區(qū)分非患者，自閉癥譜系障礙患者和精神分裂癥或精神分裂癥危險(xiǎn)因素患者。

研究團(tuán)隊(duì)指出，成功區(qū)分非患者和有精神分裂癥風(fēng)險(xiǎn)的人的大腦可能表明，導(dǎo)致精神分裂癥的大腦物理差異甚至在癥狀出現(xiàn)之前就已經(jīng)存在，并且隨著時(shí)間的流逝保持一致。

研究小組還指出，大腦皮層的厚度，即大腦的頂部1.5至5厘米，是正確區(qū)分自閉癥譜系障礙，精神分裂癥和典型個(gè)體的最有用的功能。這揭示了皮質(zhì)厚度在區(qū)分不同的精神疾病中所起的作用的重要方面，并可能指導(dǎo)將來的研究以了解精神疾病的原因。

盡管研究團(tuán)隊(duì)使用大約200個(gè)人的腦部掃描訓(xùn)練了他們的機(jī)器學(xué)習(xí)算法，但所有數(shù)據(jù)都是在2010年至2013年之間在一臺(tái)MRI機(jī)器上收集的，這確保了圖像的一致性。

“如果您使用iPhone或Android照相手機(jī)拍照，圖像將略有不同。MRI機(jī)器也是如此-每個(gè)MRI都拍攝略有不同的圖像，因此在設(shè)計(jì)像我們這樣的新機(jī)器學(xué)習(xí)協(xié)議時(shí)，我們使用相同的MRI機(jī)器和完全相同的MRI程序，” Koike說。

既然他們的機(jī)器學(xué)習(xí)算法已經(jīng)證明了其價(jià)值，研究人員計(jì)劃開始使用更大的數(shù)據(jù)集，并希望協(xié)調(diào)多站點(diǎn)研究以訓(xùn)練程序工作，而不管MRI差異如何。

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