Ez a cikkünk a ComputerTrends magazin 2024. március 13-ai lapszámában jelent meg.
Mivel az Alzheimer-kór egyre nagyobb terhet ró a társadalomra, kutatása kiemelt figyelmet és támogatást kap világviszonylatban. Az Európai Unió Joint Research Program on Neurodegenerative Diseases (Közös kutatási program a neurodegeneratív betegségek területén) felhívásán nyertes SOLID projekt a korai élethelyzetben bekövetkezett negatív környezeti hatások és rossz táplálkozás szerepét vizsgálja a kognitív hanyatlás, a demencia, és speciálisan az Alzheimer-kór kialakulásában.
A projektnek - az NKFIH támogatásával (2019-2.1.7-ERA-NET-2022-00043) - magyar résztvevője is van: a BME Méréstechnika és Információs Rendszerek Tanszék (MIT) Bioinformatikai Laboratóriuma és Mesterséges Intelligencia Csoportja, Antal Péter bioinformatikus, egyetemi docens vezetésével. A Műegyetem kutatásainak célja olyan mesterséges intelligencia modellek létrehozása, amelyek képesek több humán biobank integrálására is, több tárgyterületet, modalitást és nemzeti kódrendszert átfogva, illetve az állatmodellekből származó génkifejeződési adatok fúziójára.
Antal Péter: Kutatásunk során négy nagy humán kohorsz (betegcsoport) vizsgálatával próbálunk olyan korai markereket találni, amelyek főként az Alzheimer-kórhoz, de általában a neurodegeneráció folyamatához köthetők. Egy diagnosztikai biomarkereket kutató projektről van szó, amelyben egy kanadai, főként Alzheimer-gyanús esetekre fókuszáló, valamint egy-egy francia, holland és ausztrál kohorsz vesz részt. A fő hipotézis az, hogy az agy saját immunrendszerében meghatározó szerepet játszó mikroglia sejtek egy fokozottan érzékeny állapotba kerülnek, ha az embert a nagyon korai életszakaszában valamilyen erős negatív hatás (például trauma, éhezés) éri. Ennek következménye lehet, hogy a későbbiek során könnyebben produkálnak gyulladásbiológiai mintázatokat, és romlanak a sejtszintű molekuláris karbantartási funkciók. A hipotézis szerint ez oda vezethet, hogy kulcsfontosságú molekuláris mechanizmusok nem működnek megfelelően, aminek következtében akár az Alzheimer-kórhoz hasonló tünetek is kialakulhatnak. A francia kutatók azt vizsgálják, hogy a sejteknek ezt a fajta érzékenységét milyen hatóanyag bevitelével lehet kompenzálni. Kutatásainkból arra is fény derül, hogy melyek azok a korai biomarkerek, amelyek akár évtizedekkel előre jelzik ilyen krónikus állapotok jelenlétét.
ComputerTrends: A SOLID projekt keretében milyen kutatás folyik a BME-n?
Antal Péter: Alapvető célunk az Alzheimer-kór okainak feltárása. Azt vizsgáljuk, hogy hogyan lehet biológiai eszközökkel, laboratóriumi vizsgálatokkal minél korábban megállapítani az Alzheimer-kór jövőbeli megjelenésének valószínűségét, illetve esetleg a már kialakult betegséget. Elsődleges feladatunk, hogy a vérben mérhető biomarkereket statisztikai eszközökkel megtaláljuk, és kimutassuk, hogy azok mennyire szenzitívek, specifikusak, miként használhatók akár a klinikai gyakorlatban. A molekuláris mechanizmusok oksági modellezésére állatkísérletek, illetve különféle természetes hatóanyagok klinikai vizsgálatai adnak majd lehetőséget. Mivel a humán kohorszokból óriási adatmennyiség áll rendelkezésre, az állatmodellekből viszont kevesebb, így az adatok átfogó, több fajt egyesítő fúziójára törekszünk, és egy oksági modelleken alapuló biomarker-kutatási vonalat javasoltunk. Továbbá, a nagy nyelvi modelleket is forradalmasító új neurális architektúrákat is megpróbáljuk biobankok kvantitatív elemzésére adaptálni. Remélhetőleg ezek az új modellek és az oksági elemzésben alapvető módszerek, amelyek képesek beavatkozásokat tartalmazó kísérleteket is kezelni, integrálhatóak lesznek. Így a SOLID projekt arra is példa, hogy hogyan lehet a modern MI kutatásokat élvonalbeli élettudományi konzorciumokba "bevinni", ahol értékes, nagynevű, vezető külföldi kutatólaboratóriumok friss adatainak az elemzését segítik, és doktoranduszok bekapcsolódását is lehetővé teszik. A kutatások összekapcsolása az MI és az élettudományok területén a tanszékünkön folyamatban lévő, illetve a jövőbeli bioinformatikai kutatásokhoz is nagyon sokat tesz hozzá.
CT: A kutatásban milyen szerepet játszik a mesterséges intelligencia?
Antal Péter: Az utóbbi évtizedben vált lehetségessé, hogy a mesterséges intelligenciát az úgynevezett alapmodellek és átfogó, általános látens reprezentációk tanulására használjuk. Nem arról van szó, hogy az összes fogalmat, amit egy betegség diagnosztizálására, kezelésére akarunk használni, pontosan definiálunk, és a köztük lévő összefüggések automatikus feltérképezésére és modellezésére használjuk a mesterséges intelligenciát, hanem a gépre bízzuk, hogy több szintű, több szempontú modelleket alkosson elemi leírók összefüggéseiről. Talán megdöbbentő, de a gép olyan reprezentációs tereket alkot, amelyeket mi nem igazán értünk. Ezek a módszerek azonban ennek ellenére nagyon sikeresek. További csavar a történetben, hogy miként lehet a gépre bízni a reprezentációs terek megalkotását, ha óriási mennyiségű heterogén, akár multimodális információt, esetünkben biobankokat töltünk fel. Az Alzheimer-kórnál már most is ismertek alcsoportok, genetikai hajlamosító tényezők, a betegség lefolyása vagy egyéb jellemzők alapján. Azt reméljük, hogy az új módszerekkel a mesterséges intelligencia olyan betegség-alcsoportokat is képes lesz megalkotni, amelyek utána molekulárisan is igazolhatók, és így kezelésük gyorsabban elindítható, illetve hatékonyabbá tehető.
CT: A mostani kutatást számos, a BME részvételével folyó, az Alzheimer-kórral kapcsolatos projekt előzte meg. Hanák Péter vezető tanácsadó, több egyetemi kollégával és külső szakértővel együtt évek óta tevékenyen közreműködik ezekben a projektekben.
Hanák Péter: Már több mint 12 éve azzal próbálkozunk - ahogy mások is a világon -, hogy hogyan lehet kognitív tesztekkel, illetve a kognitív teszteken alapuló, vagy azokhoz hasonló számítógépes játékokkal felismerni egy nagyobb populáción, ha valakinek a kognitív képességei hanyatlásnak indultak. Abban is szeretnénk segíteni, hogy ez a hanyatlás minél később következzen be. A létező kognitív tesztek jól mutatják egy betegség meglétét, tehát a mentális képességek csökkenését. A probléma az, hogy mire ezek a meglehetősen időigényes tesztek, valamint az azokat követő műszeres vizsgálatok lezajlanak, és az érintett személy végre szakorvoshoz, szakpszichológushoz jut, már általában késő van. Ebből jött az ötlet: alkalmazzunk digitális megoldásokat, amelyek egyrészt képesek online nagy populációt elérni, másrészt ezzel az eljárással olcsón lehet adatokat gyűjteni, amelyekből aztán a megfelelő statisztikai analízissel, mesterséges intelligencia alkalmazásával következtetni lehet rá, hogy rövidebb-hosszabb távon várható-e valamiféle képességromlás. Ez volt az eredeti elképzelésünk, amire egyszerű, szórakoztató, addiktív játékokat fejlesztettünk ki. Kezdetben olyan programokban gondolkoztunk, amelyeket önálló, a lakásokban elérhető PC-kre lehet telepíteni. Később internetes megoldásra váltottunk, majd az elmúlt évben - a Multilogic Kft. közreműködésével - bejöttek a mobilplatformok is. Kínálatunkban olyan népszerű játékok is megtalálhatók, mint például a Memória játék vagy az Admirális nevű pasziánsz, de vannak köztük játékká átírt tesztek, ilyen például a Wisconsin-teszt vagy a páros asszociációs tanulás (PAL) teszt.
CT: Kipróbálták a teszteket nagyobb populáción?
Hanák Péter: Készítettünk egy speciális, kifejezetten a memóriaszűrést célzó verziót a Hegyvidéki Önkormányzat számára. Budapest 12. kerületéről van szó, ahol 13 ezren élnek. A lakosok mintegy 30 százaléka 65 év feletti. Összesen tehát kicsit több mint négyezer ember képezte a célcsoportunkat. Az önkormányzat e-mailben, valamint nyomtatott és online újságjában tette közzé a felhívást, miszerint online lehet a teszteket elvégezni. Arra kérte az érintetteket, hogy három hónap alatt minden játékkal legalább háromszor próbálkozzanak. Attól féltünk, hogy nagyon sokan vesznek részt az online játékokban, és sokan fennakadnak majd a szűrőn. Erre az esetre is kidolgoztunk egy forgatókönyvet, egészségügyi intézményekkel karöltve. Félelmünk azonban nem igazolódott be, sőt inkább az ellenkezője történt. Mintegy háromszázan kezdtek el játszani, de a többség menet közben feladta. Körülbelül harmincan csinálták végig a tesztjeinket, egy ember kivételével jó eredménnyel.
CT: Vajon mi lehet a váratlan eredmény oka?
Hanák Péter: Akik végigmentek a játékokon, vélhetően egészségtudatos emberek. Több idős kollégámmal beszélgettem, és kiderült, hogy nem szívesen vennének részt ilyen teszten, attól való félelmükben, hogy kiderül róluk valamilyen betegség. Ebből számunkra az a tanulság, hogy nagyon óvatosan kell eljárnunk. Szűrésünk mérsékelt sikerének másik oka, hogy nem voltunk elég proaktívak. Névtelenül, csak egy tetszőleges e-mail cím megadásával lehetett jelentkezni. Arra nem volt mód, hogy például a háziorvosok segítségével, személyesen vonjuk be az időseket. A viszonylag gyenge érdeklődés ébresztett rá minket arra is, hogy már a nyugdíjas korosztályban is a mobilplatform a legkönnyebben elérhető és a legnépszerűbb. A teszt befejezése után, tehát 2023 elején indítottuk el a mobilapplikáció fejlesztését, ami jelen pillanatban a béta fázis előtt tart. Az első verzió MentalFitness néven rövidesen rendelkezésre fog állni.
CT: Terveznek újabb kísérleti projekteket, teszteket?
Hanák Péter: A hegyvidéki projekt során több település is jelezte, hogy részt venne hasonló lakossági szűrésben. Értékelve a tanulságokat, most más úton indulunk el. Már eldőlt, hogy Velence város lesz a következő helyszín, ahol hamarosan megkezdjük új, kifejezetten az idősek számára készített programunkat az Egészségfejlesztési Iroda közreműködésével. A Velencei Szakrendelőben online játékos feladatokat végezhetnek a 65 év felettiek, majd utána egészségügyi szűrésre is sor kerül. A szakápolók szervezik meg, hogy az érintett populáció erre fogékony részét behívják a rendelőbe. Szükség esetén a résztvevők segítséget is kapnak a tesztek elvégzésében. Gerhard Ákos polgármester régi ötlete valósulhat így meg, amely az időseknek segít hosszabb, minőségi életet élni.
CT: Mondana valamit a további terveikről?
Hanák Péter: Eddig is kapcsolatban álltunk orvosokkal, szakpszichológusokkal, az együttműködést tovább folytatjuk, sőt kibővítjük. Új fejlemény, hogy megállapodtunk az Országos Mentális Ideggyógyászati és Idegsebészeti Intézet Neurológiai Kutatóközpontjával: ők is alkalmazzák majd tesztjeinket saját pácienseik vizsgálatánál. A velencei szűrés után elkezdjük feldolgozni az adatokat, most már Antal Péterék bevonásával, illetve a mesterséges intelligencia algoritmusok intenzívebb használatával.
