馬特·邁特與他的兒子巴迪。（圖片來源：馬特·邁特）

撰文?| 凱西·羅斯(Casey Ross)

編譯 | 何雨珊

審校?| 吳非

2018年5月23日?？死锼沟倌取み~特（Cristina Might）慢慢靠近她的兒子，她已經(jīng)做了最壞的打算。數(shù)周來，她的兒子一直在與一種令人費(fèi)解的疾病作斗爭(zhēng)，這種疾病使他的肺部充滿了液體。幾個(gè)小時(shí)前，他的呼吸一度完全停止。11歲的巴迪（Buddy），一個(gè)喜歡海豚和水族館，長(zhǎng)著一雙棕色眼睛的男孩，面帶微笑，臉色蒼白，眼神已無法集中。

幸運(yùn)的是，巴迪安然度過了那個(gè)夜晚。阿拉巴馬州兒童醫(yī)院的醫(yī)生將一根引流管插入巴迪的肺部，以排出積液。巴迪的病引起了一系列可怕的癥狀：他的股骨表面有一層黃色的物質(zhì)，腹部因積液而隆起。經(jīng)過數(shù)周的治療，仍然沒有人能給出確切的診斷，好在引流管有望多給他們多幾天時(shí)間尋找答案。

巴迪的父親，阿拉巴馬大學(xué)伯明翰分校(UAB)休·考爾精準(zhǔn)醫(yī)療研究所的主任馬特·邁特（Matt Might），決定嘗試用他掌握的技能——編寫代碼——來解決這個(gè)問題。

他在研究所的工作是創(chuàng)建一個(gè)人工智能系統(tǒng)，用于篩選和分析大量的生物醫(yī)學(xué)信息。他坐在巴迪的床邊，開始設(shè)計(jì)用于查詢?cè)撓到y(tǒng)的軟件，了解兒子癥狀的起因。這個(gè)叫做mediKanren的人工智能系統(tǒng)仍在測(cè)試中，而且只為UAB的一個(gè)研究小組所用。

MediKanren及其所屬的一個(gè)宏偉的研究項(xiàng)目由美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院（NIH）資助，該系統(tǒng)擁有從各所大學(xué)和實(shí)驗(yàn)室收集的基因、蛋白質(zhì)、疾病癥狀、治療效果、藥物分析等生物醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)。這些信息分散在數(shù)百個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)里，包括許多混亂的格式和術(shù)語，而mediKanren能夠進(jìn)行信息導(dǎo)航并建立連接，幫助醫(yī)生和研究人員了解疾病根源，并進(jìn)行有效的治療。

在5月的最后一個(gè)周末，巴迪成為了mediKanre的首個(gè)醫(yī)療急救對(duì)象。接下來發(fā)生的一系列事情展示了人工智能在醫(yī)療中發(fā)揮的出色作用。在關(guān)鍵時(shí)刻，AI為他們提供至關(guān)重要的信息，甚至是改變醫(yī)療進(jìn)程的依據(jù)。

當(dāng)馬特只輸入了一半的癥狀時(shí)，屏幕上就亮起了數(shù)百個(gè)結(jié)果。系統(tǒng)根據(jù)癥狀的數(shù)量將結(jié)果進(jìn)行分類，于是，最接近的幾個(gè)匹配項(xiàng)被排到了列表頂部，包括癌癥、自身免疫疾病和感染。

2012年，巴迪被診斷為世界上第一位NGLY1基因的兩個(gè)位點(diǎn)均發(fā)生突變的患者。NGLY1基因編碼一種促進(jìn)細(xì)胞廢物再利用的酶。因?yàn)槿狈@種酶，巴迪患上了一種無法治愈的神經(jīng)退行性疾病，他不得不坐輪椅，與一系列癥狀作斗爭(zhēng)，包括癲癇、嚴(yán)重的發(fā)育遲緩，以及無法產(chǎn)生眼淚。

考慮到這一背景，馬特確信，巴迪現(xiàn)在的病應(yīng)該不是癌癥，也不是自身免疫疾病。于是他把注意力放到了感染上，這是巴迪此前多次住院的罪魁禍?zhǔn)?。但為什么這種感染會(huì)讓巴迪變得如此虛弱，而且似乎對(duì)治療產(chǎn)生抵抗力呢？它可以用常規(guī)的抗生素治療嗎？

馬特和醫(yī)生需要更多的信息和時(shí)間。

在2012年之后，馬特的事業(yè)越來越多地和他兒子的疾病交織在一起。他以前的工作主要集中在網(wǎng)絡(luò)安全領(lǐng)域、發(fā)現(xiàn)軟件漏洞，但現(xiàn)在，他開始運(yùn)用他的編程知識(shí)來尋找與巴迪的疾病相關(guān)的信息。

在醫(yī)療系統(tǒng)中，巴迪這樣的病例很鮮見。罕見的基因狀況讓醫(yī)生們束手無策，他們對(duì)疾病的潛在機(jī)制、治療方法，以及如何調(diào)用資源一無所知。對(duì)巴迪而言，這項(xiàng)工作就降臨到他父母的身上。

時(shí)任猶他大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)教授的馬特和猶他大學(xué)藥學(xué)院建立伙伴關(guān)系，他們開發(fā)的算法能夠識(shí)別出特定的藥物，用于治療基因突變引發(fā)的癥狀。

果然，這套算法為巴迪找到了新的治療方案：馬特的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，常用于治療胃潰瘍和胃酸倒流的蘭索拉唑，能夠緩解巴迪的慢性肺病，甚至改善他的整體狀況，使他能夠更容易地與人交流。

這個(gè)項(xiàng)目吸引了許多頂級(jí)合作伙伴，包括哈佛大學(xué)、波士頓兒童醫(yī)院和利用人工智能開發(fā)藥物的Recursion制藥公司，同時(shí)也引起了奧巴馬政府的注意。

2015年初，馬特受邀訪問白宮。

“奧巴馬總統(tǒng)走了進(jìn)來，我們聊起了有關(guān)精準(zhǔn)醫(yī)療的事情，”馬特說，“他問我是否愿意幫忙，我大吃一驚，我當(dāng)然答應(yīng)了?！?/p>

2015年，馬特成為奧巴馬政府的精準(zhǔn)醫(yī)療計(jì)劃的顧問。（圖片來源：PETE SOUZA/THE WHITE HOUSE）

馬特成為了一名白宮顧問，他的工作既令人興奮又艱苦。馬特和克里斯蒂娜擁有了另外兩個(gè)孩子，幸運(yùn)的是，他們出生時(shí)沒有NGLY1基因突變。巴迪患有嚴(yán)重的發(fā)育遲緩，不會(huì)自己穿衣服，不舒服的時(shí)候也無法說出自己的感受，偶爾還會(huì)因感染住院治療。馬特一家的負(fù)擔(dān)更重了。

2018年，結(jié)束在政府的工作后，馬特接受了UAB的工作，于是全家搬到了伯明翰。巴迪對(duì)魚類等海洋生物產(chǎn)生了濃厚的興趣，父母在他的房間里放置了一個(gè)熒光燈水族館。巴迪坐在輪椅上，指著閃閃發(fā)光的血鸚鵡魚群，它們?cè)谒酗w快地游動(dòng)著。

五月中旬的一個(gè)周六，他們一家到當(dāng)?shù)氐目萍拣^游玩?；丶液蟛痪?，巴迪發(fā)燒了，他看起來非常不舒服。

巴迪的體溫上升、氧氣水平下降，這是一個(gè)令人擔(dān)憂的跡象。克里斯蒂娜不知道是什么導(dǎo)致巴迪病得如此嚴(yán)重，但系統(tǒng)識(shí)別告訴她，巴迪的情況十萬火急。

大概20分鐘的車程，他們趕到伯明翰市中心的阿拉巴馬州兒童醫(yī)院。

在途中，巴迪的體溫上升到41℃，血壓隨之下降，血氧飽和度降至60%以下。一旦低于80%，就會(huì)導(dǎo)致腦損傷。急診室的醫(yī)生試圖通過面罩給他輸送氧氣，但他已經(jīng)無法呼吸。

醫(yī)生們將一根管子插入巴迪的主靜脈，將腎上腺素輸送到心臟。一旁的護(hù)士告訴馬特和克里斯蒂娜，巴迪遭遇了感染性休克。

邁特一家（圖片來源：UAB）

馬特所在的精準(zhǔn)醫(yī)療研究所接手全國(guó)范圍內(nèi)亟待解決的醫(yī)療案件，為巴迪這樣的病人提供治療方案。

最近的一個(gè)周一，研究小組在伯明翰市中心的一間會(huì)議室為100多名病人查看病歷。馬特坐在桌子的一端，業(yè)務(wù)主管安迪·克勞斯（Andy Crause）坐在另一端，中間坐著三名醫(yī)學(xué)預(yù)科學(xué)生，以及最近加入該小組的密歇根大學(xué)病理學(xué)專家福雷斯特·胡爾斯（Forest Huls）博士。

MediKanren的界面顯示在會(huì)議室的多臺(tái)筆記本電腦上。它的名字來源于日語的“kanren”，意思是“連接”，它能夠?qū)ふ也煌畔⒅g隱藏的聯(lián)系，比如蘭索拉唑的分子靶點(diǎn)和巴迪的基因突變。

該系統(tǒng)從美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院的項(xiàng)目中獲取美國(guó)各地的生物醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)，將傳統(tǒng)的癥狀診斷轉(zhuǎn)變?yōu)楦鶕?jù)分子和細(xì)胞的異常情況對(duì)病癥進(jìn)行分類，從而為患者制定精準(zhǔn)醫(yī)療方案。

到目前為止，mediKanren能夠調(diào)用近80個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)和所有在PubMed上發(fā)表的研究，其中，由聯(lián)邦政府匯編的PubMed涵蓋超過2900萬篇醫(yī)學(xué)論文。通過查詢這些信息，醫(yī)生和研究人員能夠獲取疾病的路線圖。例如，如果想要治療一種罕見的哮喘，mediKanren可以調(diào)取相關(guān)的病例信息，以及導(dǎo)致這種疾病的分子和遺傳特征，并給出相應(yīng)的治療方案。這些信息可用來研究現(xiàn)有藥物的作用機(jī)制，或者幫助尋找新的治療方法。

在周一的病例審查中，研究團(tuán)隊(duì)接手了一系列案例：一個(gè)女孩的顫抖癥狀與ADCY 5基因的罕見突變有關(guān)；一個(gè)男孩反復(fù)出現(xiàn)不明原因的癲癇發(fā)作；一名男子身上出現(xiàn)了一系列異常癥狀，包括胸部疼痛、嚴(yán)重的頭痛、耳鳴和出冷汗，他曾去過20多家醫(yī)院，但問題依然存在。

對(duì)于最后這一案例，病理學(xué)家胡爾斯推測(cè)，該男子因頭部受過傷，其顱內(nèi)壓引起了慢性腦脊液滲出，由此可以解釋他的所有癥狀。

MediKanren提出，咖啡因可以促進(jìn)腦脊液的產(chǎn)生。胡爾斯從該男子的病歷中發(fā)現(xiàn)一個(gè)不尋常的習(xí)慣，他每天會(huì)喝五到六杯咖啡。

胡爾斯說：“我認(rèn)為他一直在無意中治療自己?！彼?jì)劃為這位病人寫一份理論報(bào)告，“如果我的推測(cè)是正確的，只要將血液注入他的脊柱，堵塞腦脊液滲出，就能緩解癥狀?！?/p>

在該團(tuán)隊(duì)接手的諸多案例中，mediKanren扮演著一個(gè)助手的角色，連接著團(tuán)隊(duì)成員可能忽略的問題。

在凱爾西·紹爾（Kelsea Sauer）的案例中，mediKanren表現(xiàn)出更強(qiáng)的推動(dòng)作用。

21歲的紹爾在經(jīng)歷了數(shù)次嘔吐和惡心之后，在去年向該研究所請(qǐng)求幫助。她的癥狀導(dǎo)致體重降至35公斤，去年10月住院兩周半。經(jīng)過了數(shù)名醫(yī)生的反復(fù)檢查，凱爾西仍沒有得到確切的診斷。

在UAB，mediKanren經(jīng)過初步搜索，發(fā)現(xiàn)了數(shù)十種可能的治療方法。馬特和他的團(tuán)隊(duì)專注于一組還沒有在凱爾西身上試驗(yàn)過的治療方法，他們稱此為“已知的未知”。這些治療方法在文獻(xiàn)中均有記載，但如果沒有人工智能算法的幫助，則很難被發(fā)現(xiàn)。

MediKanren發(fā)現(xiàn)了三篇論文，均表明由鼻腔吸入異丙醇可以緩解惡心。凱爾西的醫(yī)生同意嘗試這個(gè)辦法。

她的癥狀果然得到了緩解，“這仿佛是一夜之間的改變，”她說。她在床邊和錢包里備了酒精棉片，每當(dāng)感覺不適，她就會(huì)吸一吸。她的體重逐漸增加到56公斤，生活也恢復(fù)正常。

凱爾西的例子展示了mediKanren的潛力。但是，面對(duì)巴迪迅速惡化的病情，mediKanren幾乎沒有出錯(cuò)的余地了。它能有所幫助嗎？

在兒科重癥監(jiān)護(hù)病房度過了一個(gè)危險(xiǎn)的夜晚后，巴迪逐漸從感染性休克中恢復(fù)過來。他在床上看電影、玩毛絨玩具。但危險(xiǎn)才剛剛開始。

出院后不到24小時(shí)，巴迪再次被送進(jìn)醫(yī)院。這一次是腿部的劇烈疼痛。醫(yī)生們做了兩次手術(shù)，從他的股骨上刮出一種黃色物質(zhì)，隨后，他的手臂腫了起來，液體開始充滿他的肺。巴迪再次陷入休克。5月23日，他的父母回家睡了幾個(gè)小時(shí)，等待第二天的手術(shù)。

突然電話響了?！八麄兇螂娫捵屛覀冓s去醫(yī)院?！笨死锼沟倌日f。急救小組沖到巴迪的房間，試圖讓他恢復(fù)呼吸。接下來的幾個(gè)小時(shí)陷入了一場(chǎng)令人絕望的混亂：輸血，然后實(shí)施手術(shù)，醫(yī)生將一根管子插入巴迪的肺部，接著插入一根更大的管子來虹吸液體。

他終于開始穩(wěn)定下來，但感染的原因仍然是個(gè)謎。所有的血液培養(yǎng)結(jié)果均為陰性。

這時(shí)，mediKanren給出了一個(gè)關(guān)鍵性線索：一份可能的微生物清單，包括一種名為假單胞菌（Pseudomonas）的細(xì)菌。感染假單胞菌的患者大多只表現(xiàn)出輕微的癥狀，但對(duì)于巴迪這種免疫系統(tǒng)受損的病人來說，癥狀可能更嚴(yán)重。馬特將結(jié)果發(fā)送給巴迪的醫(yī)生，請(qǐng)求進(jìn)行更多的檢測(cè)來明確病因。

他建議醫(yī)生給巴迪進(jìn)行基因組分析，將巴迪血液和肺部液體中的遺傳物質(zhì)與數(shù)千種細(xì)菌、病毒和其他病原體的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行對(duì)比。

業(yè)務(wù)主管克勞斯發(fā)現(xiàn)，亨茨維爾有一個(gè)實(shí)驗(yàn)室，可以在數(shù)小時(shí)內(nèi)完成分析。于是，馬特將兒子的血液和肺部液體樣本裝進(jìn)冷藏箱，交給克勞斯。

分析結(jié)果顯示，巴迪肺部液體中假單胞菌含量由2%上升至13%。分析還發(fā)現(xiàn)了大腸桿菌的異常情況，它也出現(xiàn)在mediKanren給出的清單上。

這給巴迪的醫(yī)生們指明了治療方向：他們開了美羅培南，這種抗生素可同時(shí)消滅假單胞菌和大腸桿菌。但由于成本高，而且要避免產(chǎn)生耐藥菌，這種藥很少被使用。

“用藥之后，他的情況明顯好轉(zhuǎn)了，”克里斯蒂娜說，“他睜開了眼睛，看著我們的臉。第二天，他像是變了一個(gè)人?！?/p>

幾天后，馬特和克里斯蒂娜兌現(xiàn)了他們對(duì)巴迪做的承諾：帶他去佛羅里達(dá)州的木星海灘，和海豚一起游泳。馬特和克里斯蒂娜在游泳池里將巴迪抱起，他和一只海豚的鼻子大約只有10厘米的距離。巴迪臉上浮現(xiàn)出燦爛的微笑。

（圖片來源：馬特·邁特）

巴迪與疾病的抗?fàn)幹?，以及他的父母公開談?wù)摯耸碌囊庠福步o其他病人帶來了幫助。在巴迪的NGLY1基因診斷之后，有70多人被確診這種疾病，由此形成了一個(gè)由病人及其家庭組成的全球范圍內(nèi)的社群。

巴迪的9歲生日在白宮舉行，其他罕見疾病患者也在場(chǎng)為他慶生。

最近一次住院治療再次展示了人工智能的潛力。即使在令人絕望的情況下，它也發(fā)揮著積極作用。在哈佛大學(xué)的一次精準(zhǔn)醫(yī)療學(xué)術(shù)活動(dòng)中，馬特談到了人工智能在巴迪康復(fù)期間起到的作用：“我現(xiàn)在敢說，數(shù)據(jù)是21世紀(jì)最偉大的藥物。關(guān)鍵在于，我們?cè)谌斯ぶ悄艿膸椭?，如何分析利用這些數(shù)據(jù)?！?/p>

目前，UAB正在努力將馬特的團(tuán)隊(duì)和mediKanren納入到臨床護(hù)理體系，幫助醫(yī)生們?cè)诶萌斯ぶ悄芊矫孢~出關(guān)鍵一步。

但巴迪的未來并不是那么光明。在回家以后，巴迪的身體狀況又退化了。他無法自己坐好，也不能用手玩玩具了。

“每次發(fā)病、從醫(yī)院回來后，他都只有先前的90%，從未恢復(fù)到100%，”克里斯蒂娜說，“他很虛弱，而且疲憊不堪。疾病從他身上帶走了太多了。”

巴迪正進(jìn)入青春期。在這個(gè)時(shí)期，NGLY1失調(diào)的患者身體機(jī)能通常會(huì)迅速衰退。克里斯蒂娜說，她希望巴迪能夠幸福地生活在自己的世界里，擺脫疾病帶來的痛苦。但她知道巴迪所面對(duì)的冰冷現(xiàn)實(shí)。

“他在很努力地活下去，”她說，“在他14個(gè)月大時(shí)，醫(yī)生預(yù)計(jì)他只有2到3年的壽命。所以每一秒，每一天都是上天賜予的禮物?！?/p>

她的聲音顫抖著，“這真的很難。當(dāng)我不能保證明天會(huì)更好的時(shí)候，用極端的措施來延長(zhǎng)他的生命是不公平的，”克里斯蒂娜說， “我們?cè)谂Γ覟樗械津湴?。我太愛他了。他是個(gè)了不起的小男孩?！?/p>

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

來源：環(huán)球科學(xué)