Abstract: This article describes the latest developments in the application of artificial intelligence in healthcare nowadays. It reviews current research on the application of big data processing, machine learning methods, natural language processing technologies and the implementation of multimodal models in healthcare.
Keywords: medicine, artificial intelligence, AI, machine learning, LLM, LMM, Natural Language Processing, NLP
В настоящее время искусственный интеллект набирает все большую популярность, находя применение во всех сферах общественной жизни. Несмотря на непрерывное развитие и широкое применение, на сегодняшний день не существует единой интерпретации определения искусственного интеллекта [1-3]. В большой степени это может быть связано с тем, что, как отмечают в своей работе Стюарт Рассел и Питер Норвиг, «искусственный интеллект – широкая область знаний» [4]. Согласно определению Oracle Corporation, искусственный интеллект – универсальный термин, обозначающий приложения, выполняющие сложные задачи, которые ранее требовали участия человека [5]. Несмотря на отсутствие универсального определения понятия искусственного интеллекта, с каждым годом появляется все большее количество исследований, связанных с применением ИИ в различных областях знания. Такая трансформация затронула и медицину. Современные технологии модернизируют сферу здравоохранения, открывая новые возможности диагностики и лечения пациентов, разработки лекарственных препаратов и обработки медицинской информации.
Значимым прорывом применения искусственного интеллекта в медицине стало исследование, опубликованное в июле 2024 года [6]. Исследователи описали в статье подход на основе машинного обучения для прогнозирования антимикробных пептидов (АМП) в глобальном микробиоме, что, в свою очередь, позволило создать AMPSphere – ресурс с открытым доступом для ускорения разработки антибиотиков. Представленное исследование является актуальным в свете растущей резистентности патогенных микроорганизмов к уже существующим антибиотикам. Ученые применили методику случайных лесов для обнаружения антимикробных пептидов (АМП) среди большого массива коротких открытых рамок считывания. Использованный метод показал положительные результаты: наиболее активные АМП оказались эффективными в борьбе с инфекциями на мышиной модели. Таким образом, данная научная работа является примером эффективного использования методов машинного обучения и больших массивов данных для решения глобальной проблемы антибиотикорезистентности в области медицины и фармацевтической промышленности.
Большое значение в сфере здравоохранения имеет точное прогнозирование, позволяющее медицинскому специалисту принять правильное врачебное решение в условиях ограниченного времени [7,8]. В феврале 2024 года группа исследователей представила статью, описывающую новый фреймворк MED-Prompt, основанный на технологиях обработки естественного языка [9]. В архитектуре фреймворка заложено использование предварительно обученных моделей, специализированно настроенных на медицинское прогнозирование. В научной работе ученые отмечают, что данная технология демонстрирует высокие показатели скорости, качества и эффективности при тестировании на широко известном наборе данных MIMIC-III, содержащем в себе клинические записи пациентов. Авторы выделяют значимость фреймворка MED-Prompt для развития сферы персонализированной медицины и медицинского прогнозирования, отмечая, однако, необходимость дальнейшего изучения и совершенствования представленной технологии.
Важным направлением применения технологий искусственного интеллекта в сфере здравоохранения является внедрение мультимодальных моделей. В мае 2024 года исследовательская лаборатория искусственного интеллекта Google опубликовала исследование, описывающее новое поколение специализированных медицинских мультимодальных моделей Med-Gemini [10]. Семейство моделей объединяет в себе способность к распознаванию и обработке текста, изображений и видеоматериалов, возможность использования Интернет-источников, а также способность к адаптации к специфике медицинских данных благодаря возможности дообучения модели. Помимо этого, одной из наиболее значимых отличительных черт Med-Gemini выступает способность к анализу больших объемов электронных медицинских карт, позволяющая распознавать редкие симптомы и диагнозы. Авторы отмечают высокие показатели эффективности Med-Gemini на значимых контрольных точках, применяющихся в современной медицине, однако Google отмечает, что на данный момент моделям требуется доработка, одним из аспектов которой является «ограничение результатов поиска более авторитетными медицинскими источниками» [11]. Таким образом, семейство моделей Med-Gemini имеет большой потенциал внедрения в повседневное применение их в медицинской практике.
Несмотря на значительные достижения в разработке и внедрении технологий искусственного интеллекта в сферу здравоохранения, следует помнить, что эти процессы влекут за собой необходимость разрешения различных моральных и правовых вопросов. В первую очередь это связано с тем, что спецификой медицинской сферы является ответственность за жизнь и здоровье человека, возложенная на медицинского специалиста.
Использование искусственного интеллекта в качестве системы поддержки принятия врачебных решений ставит вопрос об ответственности за возможную медицинскую халатность, связанную с ошибками или сбоями в работе системы [12]. Более того, многие представленные на сегодняшний день модели были обучены на неспецифичных для медицинской области данных, вследствие чего есть основания для сомнений в актуальности и точности предоставляемых ими ответов [13]. Возникает и этическая дилемма, связанная с трансформацией модели взаимоотношений «врач-пациент», обусловленная появлением третьей стороны взаимодействия – искусственного интеллекта [12, 14].
Применение технологий ИИ, несомненно, затрагивает проблему обеспечения конфиденциальности данных [15]. Особенно остро этот вопрос встает в сфере здравоохранения в контексте соблюдения врачебной тайны [16, 17]. Необходимость обработки больших массивов медицинских данных для грамотного обучения моделей и хранения персональной медицинской информации сопряжена с повышением риска нарушения конфиденциальности, утечки информации и использования ее в мошеннических операциях, что, в свою очередь, влечет за собой необходимость создания дополнительных норм правового регулирования [18-20].
Подводя итоги, следует сказать, что технологии искусственного интеллекта имеют большой потенциал внедрения в повседневную практику специалистов системы здравоохранения. Непрерывное развитие сферы искусственного интеллекта, появление большого количества научных исследований, возрастающий интерес медицинских специалистов приближают эру повсеместного использования ИИ в медицинской отрасли. Уже сегодня разработано большое количество разнообразных технологий с использованием искусственного интеллекта, способствующих повышению точности диагностики и эффективности лечения, упрощению получения медицинских консультаций, сокращению экономических и временных затрат, а также оптимизации фармацевтической промышленности. Однако на данный момент такие технологии все еще нуждаются в доработке, а их использование требует тщательного контроля со стороны специалистов.
References
1. Морхат П.М., К вопросу об определении понятия искусственного интеллекта // Право и государство: теория и практика. 2017. №12 (156). С. 26-312. Загайнов М. Р., Подходы к определению искусственного интеллекта в международных исследованиях и в праве // Социально-политические науки. 2024. №2. С. 102-104
3. Васильев А.А., Шпопер Д., Искусственный интеллект: правовые аспекты // Известия АлтГУ. 2018. №6 (104). С. 24-26
4. Рассел С., Норвиг П., Искусственный интеллект: современный подход: Пер. с англ. 2-е изд. - М.: Вильямс, 2006. - 1408 с. -С, 25.
5. Oracle Corparation: Что такое ИИ? – Электронный ресурс. URL: https://www.oracle.com/cis/artificial-intelligence/what-is-ai/
6. Célio Dias Santos-Júnior, Marcelo D.T. Torres, Yiqian Duan, Álvaro Rodríguez del Río, Thomas S.B. Schmidt, Hui Chong, Anthony Fullam, Michael Kuhn, Chengkai Zhu, Amy Houseman, Jelena Somborski, Anna Vines, Xing-Ming Zhao, Peer Bork, Jaime Huerta-Cepas, Cesar de la Fuente-Nunez, Luis Pedro Coelho, Discovery of antimicrobial peptides in the global microbiome with machine learning, Cell, Volume 187, Issue 14, 2024
7. Ahmad et al., "Emerging Technologies for Next Generation Remote Health Care and Assisted Living," in IEEE Access, vol. 10, pp. 56094-56132, 2022.
8. Sylolypavan, A., Sleeman, D., Wu, H. et al. The impact of inconsistent human annotations on AI driven clinical decision making. npj Digit. Med. 6, 26 (2023).
9. Awais Ahmed, Xiaoyang Zeng, Rui Xi, Mengshu Hou, Syed Attique Shah, MED-Prompt: A novel prompt engineering framework for medicine prediction on free-text clinical notes, Journal of King Saud University - Computer and Information Sciences, Volume 36, Issue 2, 2024
10. Saab K. et al. Capabilities of gemini models in medicine //arXiv preprint arXiv:2404.18416. – 2024.
11. New Atlas: Google's medical AI destroys GPT's benchmark and outperforms doctors – Электронный ресурс. URL: https://newatlas.com/technology/google-med-gemini-ai/
12. Морхат П.М., К вопросу о специфике правового регулирования искусственного интеллекта и о некоторых правовых проблемах его применения в отдельных сферах // Закон и право. 2018. №6. С. 64-65
13. Зайцева Т. Н., Бараксанова К. М., Анализ рисков информационной безопасности в центрах медицинской реабилитации: проблемы и перспективы. Обзор // Вестник восстановительной медицины. 2025. С. 114-115
14. Изуткин Д.А., Врач в сфере искусственного интеллекта: действующий субъект или пассивный наблюдатель? // Гуманитарный вектор. 2023. №2. С. 106-109
15. Бегишев И.Р., Хисамова З.И., Криминологические риски применения искусственного интеллекта // Всероссийский криминологический журнал. 2018. №6. С. 772-773
16. Федеральный закон от 21.11.2011 N 323-ФЗ (ред. от 28.12.2024) "Об основах охраны здоровья граждан в Российской Федерации" (с изм. и доп., вступ. в силу с 01.03.2025)// СПС «КонсультантПлюс»
17. Брызгалина Е.В., Гумарова А.Н., Шкомова Е.М., Ключевые проблемы, риски и ограничения применения ИИ в медицине и образовании // Вестник Московского университета. Серия 7. Философия. 2022. №6. С. 96-99
18. Углева А.В., Шилова В.А., Карпова Е.А., Индекс «этичности» систем искусственного интеллекта в медицине: от теории к практике // Этическая мысль. 2024. С.
19. Шарова Д.Е., Михайлова А.А., Гусев А.В., Гарбук С.В., Владзимирский А.В., Васильев Ю.А., «Анализ мирового опыта в регулировании использования медицинских данных для целей создания систем искусственного интеллекта на основе машинного обучения». Журнал «Врач и информационные технологии», 2022, №4, с. 28–39
20. Thirunavukarasu, A.J., Ting, D.S.J., Elangovan, K. et al. Large language models in medicine. Nat Med 29, 1930–1940 (2023)