通用醫(yī)療人工智能(Generalist Medical AI, GMAI)模型有可能通過提供先進(jìn)的醫(yī)療診斷、決策支持和患者護(hù)理功能來徹底改變醫(yī)療保健。

近年來，人工智能 (AI) 領(lǐng)域取得了顯著地進(jìn)步，基礎(chǔ)模型處于這場革命的最前沿。根據(jù)發(fā)表在《自然》雜志上的一項新研究，這些被稱為 GMAI（通用醫(yī)療人工智能）的強(qiáng)大 AI 模型有可能通過在醫(yī)療診斷、決策支持和患者護(hù)理方面提供前所未有的能力來重塑醫(yī)療保健。

在本文中，我們深入探討了一項開創(chuàng)性的研究（參見：https://www.nature.com/articles/s41586-023-05881-4），該研究概述了 GMAI 模型的變革潛力及其帶來的挑戰(zhàn)，主要面向渴望探索人工智能與醫(yī)療保健交叉領(lǐng)域的專業(yè)人士。

基礎(chǔ)模型的力量

基礎(chǔ)模型是最新一代的 AI 模型，已經(jīng)過大量不同數(shù)據(jù)集的訓(xùn)練，使它們能夠在廣泛的任務(wù)中表現(xiàn)出色。這些模型與它們的前輩有很大的不同，后者是為一次一個特定任務(wù)而設(shè)計的。憑借其多功能性和最先進(jìn)的性能，基礎(chǔ)模型可以回答問題、描述圖像、玩視頻游戲等等。GMAI 的出現(xiàn)將這種多功能性提升到了新的高度，有望解決復(fù)雜的醫(yī)療任務(wù)并改變醫(yī)療保健領(lǐng)域。

GMAI：改變醫(yī)療的人工智能

雖然醫(yī)療人工智能在特定的面向任務(wù)的模型方面取得了長足進(jìn)步，但它還沒有接受基礎(chǔ)模型的力量。傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)人工智能模型僅限于預(yù)定義的任務(wù)，需要大量的注釋工作并且缺乏對新任務(wù)或數(shù)據(jù)分布的適應(yīng)性。另一方面，GMAI 模型擺脫了這些限制，并提供了三個關(guān)鍵功能，使它們有別于傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué) AI 模型。

靈活互動

GMAI 模型使用戶能夠?qū)ζ漭敵鲞M(jìn)行細(xì)粒度控制，使復(fù)雜的醫(yī)療信息更易于訪問和理解。用戶可以自定義輸出格式、改寫響應(yīng)，甚至可以調(diào)整特定領(lǐng)域的詳細(xì)信息級別。GMAI 模型可以適應(yīng)區(qū)域?qū)嵺`并與不同的用戶進(jìn)行有效溝通，超越語言障礙并適應(yīng)個人喜好。

適應(yīng)性

GMAI 模型的顯著特征之一是它們無需大量再訓(xùn)練即可即時學(xué)習(xí)新任務(wù)的能力。這種情境學(xué)習(xí)使 GMAI 能夠跟上新出現(xiàn)的疾病、不斷變化的技術(shù)和不斷發(fā)展的數(shù)據(jù)分布。通過簡單地提供一些示例或提示，GMAI 模型可以快速適應(yīng)新場景，使其具有很強(qiáng)的適應(yīng)性和面向未來的能力。

醫(yī)學(xué)領(lǐng)域知識

GMAI 模型將醫(yī)學(xué)知識的正式表示形式帶到桌面上，從而實現(xiàn)高級醫(yī)學(xué)推理和精確的臨床解釋。通過利用知識圖譜、基于檢索的方法和現(xiàn)有的醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)庫，GMAI 模型可以通過復(fù)雜的醫(yī)學(xué)概念和關(guān)系進(jìn)行推理。他們可以生成不言自明的警告，起草全面的放射學(xué)報告，在床邊提供詳細(xì)的決策支持，甚至生成具有所需特性的蛋白質(zhì)序列。

GMAI 的潛在用例

該研究強(qiáng)調(diào)了幾個令人興奮的用例，在這些用例中，通用醫(yī)療 AI 模型可以對醫(yī)療保健產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響：

扎根放射學(xué)報告： GMAI 模型可以充當(dāng)多功能數(shù)字放射學(xué)助手，起草描述異常、相關(guān)正常發(fā)現(xiàn)和患者病史的綜合報告。通過交互式可視化，例如突出顯示圖像中特定區(qū)域的可點(diǎn)擊鏈接，放射科醫(yī)生可以增強(qiáng)他們在解釋復(fù)雜病例時的理解和效率。

增強(qiáng)手術(shù)：GMAI 模型可以通過注釋實時視頻流、針對錯過的步驟發(fā)出警報以及在手術(shù)過程中提供相關(guān)文獻(xiàn)來協(xié)助手術(shù)團(tuán)隊。通過結(jié)合視覺、語言和解剖學(xué)知識，GMAI 模型可以通過復(fù)雜的手術(shù)任務(wù)進(jìn)行推理，并幫助外科醫(yī)生應(yīng)對具有挑戰(zhàn)性的場景。

床邊決策支持： GMAI 模型可以作為床邊臨床決策支持工具，根據(jù)實時患者數(shù)據(jù)為臨床醫(yī)生提供詳細(xì)的解釋、警告和治療建議。通過總結(jié)復(fù)雜的電子健康記錄、預(yù)測未來的患者狀態(tài)并比較治療方案，GMAI 模型可以幫助臨床醫(yī)生做出明智的決策并改善患者的治療效果。

交互式記錄： GMAI 模型可以通過監(jiān)控患者信息和臨床醫(yī)生與患者的對話以及搶先起草電子筆記和出院報告來徹底改變文檔流程。這種自動化減少了管理負(fù)擔(dān)，使臨床醫(yī)生能夠分配更多時間來指導(dǎo)患者護(hù)理并提高整體工作流程效率。

患者聊天機(jī)器人： GMAI 通過啟用可以在臨床環(huán)境之外提供高質(zhì)量護(hù)理的個性化聊天機(jī)器人，為患者支持開辟了新途徑。這些聊天機(jī)器人可以分析各種患者數(shù)據(jù)，從癥狀到監(jiān)測讀數(shù)，并提供詳細(xì)的建議和解釋。GMAI 模型使醫(yī)療保健更容易獲得，提供清晰易讀的信息并減少對人類專家提供個性化支持的依賴。

從文本到蛋白質(zhì)的生成： GMAI 有可能通過根據(jù)文本提示生成氨基酸序列和三維結(jié)構(gòu)來徹底改變蛋白質(zhì)設(shè)計。這一突破性的應(yīng)用可以加速蛋白質(zhì)工程，使設(shè)計具有所需功能特性的蛋白質(zhì)成為可能。GMAI 的適應(yīng)性和從少量示例中學(xué)習(xí)的能力使其成為分子生物學(xué)和藥物開發(fā)領(lǐng)域的強(qiáng)大工具。

挑戰(zhàn)和考慮

雖然通用醫(yī)學(xué) AI 模型前景廣闊，但它們也提出了必須解決的獨(dú)特挑戰(zhàn)，以確保它們在臨床環(huán)境中的安全有效部署。

確認(rèn)： GMAI 模型的極端多功能性使得全面驗證成為一項復(fù)雜的任務(wù)。針對預(yù)定義用例驗證模型相對簡單，但 GMAI 動態(tài)學(xué)習(xí)新任務(wù)的能力需要主動的測試和監(jiān)管方法。必須建立明確的指導(dǎo)方針和嚴(yán)格的驗證協(xié)議，以確保 GMAI 模型在各種醫(yī)療場景中的準(zhǔn)確性和可靠性。

驗證： GMAI 模型具有復(fù)雜的輸入和輸出，給驗證其正確性帶來了挑戰(zhàn)。多學(xué)科小組的參與和可解釋性技術(shù)的整合可以幫助驗證過程。提供指向文獻(xiàn)中支持段落的可點(diǎn)擊鏈接也可以加強(qiáng)事實核查過程并建立對 GMAI 輸出的信任。

社會偏見：人工智能模型中的偏見一直是一個問題，特別是在醫(yī)療保健領(lǐng)域，它們可以使差異永久化并傷害邊緣化人群。GMAI 模型必須經(jīng)過徹底審核，以確保它們在所有類型的患者中表現(xiàn)同樣出色。持續(xù)監(jiān)測和迅速采取行動以減輕偏見對于確保公平公正的醫(yī)療保健結(jié)果至關(guān)重要。

隱私： GMAI 模型的開發(fā)和使用引發(fā)了隱私問題，因為它們可以訪問敏感的患者信息。強(qiáng)大的隱私協(xié)議、去識別化技術(shù)和限制個人患者數(shù)據(jù)的收集可以幫助降低隱私風(fēng)險。在數(shù)據(jù)可訪問性和患者保密性之間取得平衡對于負(fù)責(zé)任的 GMAI 部署至關(guān)重要。

規(guī)模： GMAI 模型是計算密集型的，需要大規(guī)模數(shù)據(jù)集進(jìn)行訓(xùn)練。與數(shù)據(jù)收集、模型訓(xùn)練和計算資源相關(guān)的成本是重大挑戰(zhàn)。需要協(xié)作努力、數(shù)據(jù)共享計劃和負(fù)責(zé)任的模型優(yōu)化技術(shù)來克服這些障礙并確保 GMAI 模型的廣泛可訪問性。

醫(yī)療保健革命

Generalist Medical AI 模型有可能通過提供先進(jìn)的醫(yī)療診斷、決策支持和患者護(hù)理功能來徹底改變醫(yī)療保健。它們的靈活性、適應(yīng)性和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域知識的整合為各種臨床應(yīng)用開辟了新的可能性。然而，必須認(rèn)真解決與確認(rèn)、驗證、偏見、隱私和可擴(kuò)展性相關(guān)的挑戰(zhàn)，以確保 GMAI 模型的安全和道德部署。

隨著 AI 社區(qū)和臨床利益相關(guān)者繼續(xù)探索 GMAI 的潛力，促進(jìn)合作、建立監(jiān)管框架并優(yōu)先考慮以患者為中心的護(hù)理至關(guān)重要。通過負(fù)責(zé)任的開發(fā)和廣泛采用，GMAI 模型可以減輕負(fù)擔(dān)。