一位學者人生中最沉重的任務：用代碼拯救兒子的生命

一位計算機科學家，在兒子被診斷患有世界罕見遺傳病後，決定通過自己的專業能力為兒子尋找治療方法。他和同事們用代碼構建起一套能幫助醫生和研究人員找到疾病根源、制定治療方案的人工智慧系統，不但在病床前救回了自己的兒子，也為其他患者找到了新的希望。

巴迪和他的父母。圖片來源：pinterest

來源 Statnews

作者 Casey Ross

編譯 桑頌

編輯 魏瀟

巴迪（Buddy）是一個喜歡海豚和水族箱、有著大大棕色眼睛的男孩，正無精打采地昏昏欲睡。數小時前，他的呼吸曾完全停止，是一組計算機專家及時趕來，幫助他擺脫了死亡的糾纏。現在這個擁有燦爛笑容的 11 歲男孩面容蒼白，連眼神都無法集中。他的媽媽克里斯蒂娜·邁特（Cristina Might）一度以為自己要和兒子永別，現在，她陪在兒子身旁，不斷地安慰他：一切都會好起來的。

今年五月，這種病引發了一系列可怕的癥狀：巴迪的股骨中出現黃色物質，腹部充滿液體並開始膨脹。雖然幾周之內多次進出醫院，卻並未得到相應的診斷結果。阿拉巴馬州兒童醫院的醫生只能向巴迪身體中插入一根引流管，來幫他排出體內的積液。

巴迪這樣的患者在醫療保健系統中太過罕見，醫生對於其患病機制和治療手段一無所知，也不知道如何整合資源來改變現狀。於是，父母成了巴迪最後能依靠的人。

代碼帶來的希望

巴迪的父親、阿拉巴馬大學伯明翰分校（University of Alabama at Birmingham，UAB）休·考爾精準醫學研究所（Hugh Kaul Precision Medicine Institute）主任馬特·邁特（Matt Might）對於醫院遲遲不能給出診斷結果感到失望，他在同事的幫助下，開始用只有他們能做到的方式來拯救兒子 ——寫代碼。

在兒子病床邊工作的馬特。圖片來源：COURTESY MATT MIGHT | STAT

在巴迪被確診為NGLY1基因突變之前，馬特是猶他大學（University of Utah）計算機科學專業的教授，工作主要集中在網路安全和軟體漏洞領域，後來兒子生病，他開始用編程知識尋找巴迪病症背後的生物學通路。在猶他州，馬特與藥學院建立了合作關係，希望開發出一種演算法，通過對在現有藥物名單的檢索，找到一些對兒子這類罕見基因突變疾病也可能有效的藥物。這種方法的確帶來了成效：馬特的研究小組發現通常用於治療胃潰瘍和胃酸反流的蘭索拉唑（Prevacid）能夠緩解巴迪的慢性肺病問題，甚至能改善他和別人的交流障礙。

該項目吸引到了頂級的合作夥伴如哈佛大學（Harvard University）、波士頓兒童醫院（Boston Children』s Hospital）和有名的 AI 生物科技公司 Recursion Pharmaceuticals；同時也引起了政府的注意。他於 2015 年初接受了訪問白宮的邀請並會見了奧巴馬，成了美國「精準醫學計劃」的顧問。

奧巴馬與馬特的會面。來源：PETE SOUZA/THE WHITE HOUSE/STAT

2018 年，馬特調到 UAB 工作。他和該校精準醫學研究所的同事們組成了一支疑難雜症解決小隊，專門幫助巴迪這樣輾轉了多個醫院、看過 N 個醫生、做過數不清的檢測也無法找到治療方案的病人。在這個團隊里，還有一個能夠篩選和分析大量生物醫學信息的人工智慧系統mediKanren。

mediKaren 的名字源於日語片語「関連」（音 kanren），這也反映出了它的角色：在浩如煙海的生物醫學信息碎片中發現其背後存在的隱秘聯繫。它使用的數據來自美國國立衛生研究院（National Institutes of Health）資助的 Translator 項目，這個項目準備將全美大學和研究機構收集到的關於基因、蛋白質、疾病癥狀、患者結果、藥物等數十年的生物醫學數據信息流結合起來，讓這些數據變得可被檢索，讓醫生能夠通過分子或細胞水平的異常情況做出疾病分類和診斷，並且可以實施精準治療。目前這些信息仍分散在數百個資料庫中，格式和描述方法混亂，無法輕鬆進行分析。而 mediKanren 就是幫助醫生和研究人員找到疾病根源、制定治療方案的 GPS。

目前，mediKanren 已經將 80 多個資料庫和 PubMed 上 2900 多萬篇醫學論文納入囊中。使用者可以通過它查詢信息，為醫生和研究人員提供各種疾病的生物學路線圖。如果用戶正在研究一種罕見哮喘病的治療方法，那麼 mediKanren 可以展示出在既往患者身上，與該疾病有關的所有分子和遺傳特徵的信息，以及他們的治療歷史。這些信息能夠用來檢驗現有藥物能否用來治療這種罕見疾病，或者能否為創建新療法提供幫助。

信息學專家表示，該系統的一個關鍵屬性是能夠突出顯示其獲取信息的來源，以便研究人員通過已發表的文獻和資料庫中的信息來追蹤其邏輯。哈佛大學（Harvard University）伯克曼·克萊因互聯網與社會中心（Berkman Klein Center for Internet and Society）的人工智慧研究員約翰·鮑爾斯（John Bowers）表示：「馬特·邁特的系統令人興奮的部分原因在於，它尊重因果關係和人類分析師的作用。它告訴我們，人類分析師可以從大量的聯想預測和數據中受益，但它並沒有將分析師變成完全受人工智慧系統支配的傀儡。」

圖片來源：HYACINTH EMPINADO/STAT

馬特的團隊在 mediKanren 的幫助下對大量疑難病例進行了「會診」。其中包括：一名患有震顫的女孩，該疾病與ADCY5基因中罕見的突變有關；一名癲癇反覆發作但原因不明的男孩；以及一個胸痛、頭痛、耳鳴、虛汗卻遲遲找不到病因的男士。對於最後一種情況，馬特團隊里的醫生和病理學家弗雷斯特·赫爾斯（Forest Huls）推測，該男子可能因為頭部損傷導致了腦脊液的緩慢泄漏，並認為這種泄漏很可能是由顱內壓引起的。

而且，mediKanren 還找到了一個關鍵性線索——咖啡因是一種能夠促進腦脊液生成的物質，而巧合的是赫爾斯從患者的病歷中發現，他有每天喝五到六杯咖啡的習慣。「我認為他一直在無意中治療自己，」 赫爾斯說。

這種情況中， mediKanren 扮演的是連接者的角色，它能幫助團隊成員將那些可能被忽視的關鍵信息連接在一起。而在凱爾西·紹爾（Kelsea Sauer）的案例中，mediKanren 則提供了更大的推動力。

去年，21 歲的凱爾西·紹爾因長期患有嘔吐和噁心而來到馬特的研究所。她的體重已經下降到 35 公斤，並且已經住過半個多月的院。她曾奔波於六七名醫生之間，但他們經過反覆檢查仍無法提供明確的診斷結果或有效的治療方法。而通過 mediKanren 的初步檢索，團隊發現了數十種凱爾西·紹爾還沒有嘗試過的治療方案。這些方案都藏在文獻里，如果沒有能夠即時搜索全部信息的演算法，可能很難找到。其中，有三篇論文表明鼻腔吸入異丙醇可以減緩患者的類似癥狀。紹爾在嘗試了這種治療方法之後，病情得到了明顯的改善，體重也增加到了 55 公斤。

病床前的代碼

凱爾西·紹爾在 mediKanren 的幫助下恢復了正常的生活，但馬特當時恐怕沒有想到，他的兒子巴迪會在不久之後成為 mediKanren 的第一個醫療急救案例。

今年 5 月中旬，在一次愉快的全家出遊後，巴迪突然開始發熱。馬特陪在兒子身邊，立刻給妻子克里斯蒂娜發了個消息。當時巴迪的血氧飽和度開始下降，體溫不斷上升，當夫妻倆開了 20 分鐘的車將巴迪送到阿拉巴馬兒童醫院的時候，這個男孩兒已經燒到了 41 度，血氧飽和度降到了 60% ——這個數字低於 80% 就有可能造成腦損傷。

急診醫生試圖給巴迪吸氧，但氧氣面罩起不到任何作用，他們只能選擇插管。巴迪住進了兒科重症監護病房，他的腿部出現了難以忍受的疼痛、肺部開始積液，甚至經歷了一次呼吸暫停。醫生判斷巴迪陷入了感染性休克，可是沒人能找到感染源，只能靠肺部插管幫他排掉胸腔里妨礙呼吸的積液。

病床上的巴迪。來源：HYACINTH EMPINADO/STAT

醫生束手無策，此時馬特只能求助於 mediKanren 了。

這位計算機科學家坐在兒子的病床邊，開始用一行行代碼構建起一個連入 mediKanren 的軟體界面。雖然之前 mediKanren 救回了凱爾西·紹爾，但它仍然是一個試驗性項目，只有馬特和 UAB 的小團隊有使用許可權。在向 AI 輸入了六個癥狀之後，計算機屏幕顯示出數百項結果。最匹配的選項包括癌症、自身免疫性疾病和感染，它們排列在檢索結果的頂部。根據兒子之前的診斷結果，馬特排除了癌症或自身免疫疾病的可能，並注意到了感染這一項——這也是導致巴迪這次住院治療的罪魁禍首。

通過 mediKanren 的查詢，馬特得到了一個關鍵性結果：他找到了一串可能導致巴迪患病的微生物，一種叫假單胞菌（Pseudomonas）的細菌名列其中。大多數人感染假單胞菌只會出現輕微癥狀，但對於像巴迪這樣免疫系統受損的患者，可能會產生更嚴重的後果。馬特將這一結果轉發給了巴迪的醫生，並建議給兒子做一個宏基因組分析，這能將巴迪的血液和肺積液中的遺傳物質與數千種細菌、病毒和其他病原體的資料庫進行對比，從而診斷感染源。

分析結果顯示：巴迪肺積液中的假單胞菌數量從 2％ 上升到了 13％。測試還發現了大腸桿菌數量的上升——這與之前醫院得到的分析結果一致，並且也出現在了 mediKanren 生成的列表中。

在醫生給巴迪使用了能夠根除假單胞桿菌和大腸桿菌的抗生素美羅培南（meropenem），一個療程後，男孩的病情有了明顯的好轉——不久之後，他又可以去海洋公園和他最喜歡的海豚一起玩耍了。

馬特和巴迪。圖片來源：COURTESY MIGHT FAMILY | STAT

巴迪的未來

巴迪的經歷為其他患者打開了大門。在他被確診為NGLY1基因病後，又有超過 70 名患者被相繼確診。他們共同組成了一個由患者和家庭構成的全球社區。巴迪和 mediKanren 的故事，又一次展示出人工智慧在促進科學研究、在困境中找到答案的強大能力。

更重要的是，巴迪的故事告訴我們，人工智慧存在的意義不在於自動化護理或者取代醫生的判斷，而是在最重要的時候給予他們關鍵信息，以及改變方向的理由。

目前，阿拉巴馬大學伯明翰分校正致力於將馬特·邁特的團隊和 mediKanren 納入臨床護理，並以此幫助醫生應對一些具有挑戰性的病例。

但是，巴迪的未來並不像 mediKanren 那樣光明。克里斯蒂娜說自從巴迪從醫院回家後，就不能像以前那樣自己從床上坐起來，或者用手玩玩具了。這個男孩正在進入青春期，這正是NGLY1遺傳病惡化加劇的時期。他的母親希望兒子能夠儘可能地快樂度過每一天，儘管她明白，不論如何挽留兒子的生命，她和馬特終將面對那個冰冷的現實。

巴迪 14 個月大的時候，醫生告訴克里斯蒂娜她兒子最多還有兩到三年的時間。現在巴迪 11 歲了，他的父母在人工智慧的幫助下又一次讓兒子度過了難關。正如他媽媽所說，「我們經歷的每一天，都是上天賜予的禮物。」

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