Google最新成果!利用神經網路讓糖尿病人們擺脫失明「詛咒」
Google最新成果!利用神經網路讓糖尿病人們擺脫失明「詛咒」
2017.05.18 | Google

根據維基百科,截至2014年,全球共有超過4.2億人患有糖尿病,這個數字在近年來有所減少,但形勢仍不容樂觀。而作為糖尿病的併發症之一,糖尿病性視網膜病變(Diabetic Retinopathy)正在侵蝕著長期糖尿病患者。醫學人士發現,對於一般患者,患病10年以上會開始出現病變,導致失明。10年後聽起來很遙遠,但情況其實比想像中更緊急,因為對於那些血糖控制差,或者是胰島素依賴型糖尿病的患者來說,他們完全有可能更早出現眼底病變,失明的風險比其他人甚至是糖尿病患者都更高。

問題在南亞國家尤為嚴重。截至2015年,印度有超過7000萬名糖尿病患者,而由於生活習慣、遺傳因素、缺少醫生和足夠的醫療資源等社會原因,接下來20年的情況很令人擔憂,到2040年南亞國家糖尿病患數字將會增長至1.4億。但擺在印度公共衛生部門面前的直接問題更加棘手:根據官方統計,由於全國存在一個大約12萬名眼科醫師的缺口,糖尿病和糖尿病性視網膜病變患者無醫可投,大約45%的患者在被確診之前已經失去了部分或全部的視力。

莉莉.彭(Lily Peng)是Google旗下科研機構Google Research的一名研究員。在Google年度開發者大會I/O 2017即將召開前夜,她介紹了一個激動人心的科研項目:用機器學習技術來提早發現糖尿病性視網膜病變,進行及時甚至是預防性治療,從而讓那些可能將在3年、5年甚至10年後失去視力的人們,獲得一個寶貴的提前治療機會。

「我們的任務:使用深度學習技術訓練一個演算法,能夠從病人的視網膜眼底照片中自動診斷出潛在的病變情況。」她介紹道。任務邏輯聽起來很簡單,但實際上並非如此,因為訓練這個演算法的過程才是關鍵。為了提供高品質的訓練素材,科研人員找來了54名美國食藥監局(FDA)資質認證的眼科醫師和專業人士,從2015年5月到12月期間對總共128,175張視網膜眼底照片素材進行標記和評級,最終標記出超過88萬個確診症狀。

接下來,神經網路技術就該派上用場了。莉莉.彭的團隊搭建了一個26層的深度卷積神經網路(Convolutional Neural Network),然後用標記好的素材進行訓練。

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圖/ PingWest

這種神經網路結構較為特殊,它的特性是對於二維結構的資料——也就是圖片——有著較好的性能,因此經常被用於對大量圖片進行學習。

2016年1月和2月,Google Research分別找來兩個不同的眼科專業的視網膜眼底照片庫,讓演算法和眼科醫師一較高下。這次嘗試的結果是顯著的:演算法在發現症狀的敏感度(98.8)和判斷症狀的準確性(99.3)上,都比人的得分要高(在統計學上這個得分叫做F-score,眼科醫生的分數是0.91,而演算法拿到了 0.95)。

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圖/ PingWest

同年,這份研究報告發佈在了美國醫學會的專業期刊JAMA上,獲得了醫學界的大量好評。哈佛醫學院的安德魯·比姆和以撒.柯漢表示,「這一研究展示了醫學新世界的樣子。」

將電腦科學和醫學進行結合,竟然達成了意想不到的效果。

當然,這已經不是電腦科學第一次跟醫學產生有價值的交集,甚至醫學界已經對「機器學習」這一術語感到並不陌生。事實上在過去的幾十年間,醫學科研人員一直在採用機器學習這種更為先進的技術來嘗試攻克只有大計算量才可以解決的醫學難題。但隨著近幾年來計算性能的飛躍式突破,機器學習的子集「深度學習」技術開始流行——毫無疑問,後者將成為醫學科研工作者手中的最新利器。

身兼生物醫學、醫學雙料博士的莉莉.彭,還對深度學習頗有瞭解,這種跨學科的才能讓她格外矚目,但她又怎樣看待醫學和電腦之間的關係?「其實不是所有的醫學難題都要機器學習來解決,比如洗手這件事……我更重要的任務是幫助我的團隊找到那些機器學習可解的難題,幫助他們理解我們的訓練資料。」

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圖/ PingWest

她認為,機器學習是醫學的一個很好的輔助工具——用來輔助醫生做出診斷,而不是決定診斷。也正因此,Google Research團隊對該技術的推進仍然比較謹慎,莉莉.彭一再明確,這項研究只是為了證明通過機器學習的路徑來解決問題,成效是顯著且可預期的。然而這個電腦診斷的過程,還沒有達到絕對科學可靠的程度。說到底,她們只是知道電腦能做出準確的診斷,並不完全明白它為什麼能做出準確的診斷。

其實問題又回到了深度學習技術的一個核心辯題:無論識別圖像、聽懂語音,神經網路技術總能輸出一些很不錯的結果,但還是沒人解釋的清,它到底是怎樣做到的。一些深度學習專家曾對我說,神經網路的節點和層級,模擬的是人腦神經元(neuron)之間互相連接以及層級式(hierarchy)的思考模式,但另一些腦科學家卻向我指出,就連他們都沒完全搞清楚人腦到底怎樣思考。因此你可以說,現在的電腦神經網路結構與其說在類比人腦,其實更像是依葫蘆畫瓢。

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圖/ PingWest

似乎這個問題可以爭論下去無休無止,但爭論可能更多發生在學界內部。好在,Google已經可以確認用這種技術來診斷糖尿病性視網膜病變是有效的。接下來,Google Research要和尼康等的眼科儀器/醫療服務機構進行合作推廣這項技術。更進一步,她們希望能為這項技術取得FDA以及印度方面權威機構的認證,讓全世界視力被糖尿病所威脅的人們能夠儘早診斷、儘早治療。

她們發現,其實診斷晚的這個情況,不僅在印度,在美國甚至全世界都是個問題,儘管原因不盡相同。

「在美國,很多情況是人們提交了自己的資料(注:眼底掃描)給醫療機構等待檢查。但時間長了,人們搬家了、換電話了,當醫療機構診斷出病症時,病人卻失聯了。」莉莉.彭說,而機器學習檢查的最大優勢在於可以當場出結果。研究團隊也在進行嘗試,設立了網站讓使用者提交自己的眼底掃描照片進行分析——儘管這不是專業診斷,但仍足以提前5年甚至10年,拯救現在的普通人,未來的失明者。

前面提到,莉莉.彭的分享會發生在Google I/O 2017的前一天。在一整天的圓桌討論議程中,我不止一次聽到Google科研人員做出「我們的重心不是那些未來50甚至100年的新技術,但10年是一個很值得抓住的節點」或類似的表述。

的確,我們暫時無法解釋神經網路到底是為什麼這麼厲害,但我們還是可以、應該用它來做一些很好的、在10年內可以幫到我們的事情。前沿科技其實都是如此,核心原理搞沒搞清楚,並不妨礙我們去利用它改善生活。就好比我們的祖先不知道哪天突然發現了鑽木或撞擊石頭可以取火,當時他們沒能研究明白火到底是什麼,但人類還是從茹毛飲血的時代向農耕文明邁出了那重要一步。

本文授權轉載自:PingWest

關鍵字: #Google #機器學習
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台灣普立茲克獎建築最新群聚地!台中如何打造「世界級質感城市」?
台灣普立茲克獎建築最新群聚地!台中如何打造「世界級質感城市」?

建築界最高榮譽「普立茲克獎」(Pritzker Architecture Prize)得主作品齊聚台中,成就質感新版圖!除了揚名國際的東海大學路思義教堂(貝聿銘設計)、台中國家歌劇院(伊東豊雄設計)外,今年12月將迎來妹島和世、西澤立衛的「綠美圖」開館,安藤忠雄的「童書之森.台中」也預計於明年啟用!

目前台中已累積10件普立茲克獎建築,近期除了綠美圖、童書之森開花結果,還有民間企業及大學,邀請理查.邁爾、RCR 建築事務所、法蘭克.蓋瑞等大師到台中揮灑靈感,共同打造詩意的城市。究竟台中市府如何突破傳統、打造新世代的質感城市?讓我們一起來揭開世界建築大師作品選擇台中的關鍵!

競圖制度開啟建築新紀元 重塑城市新風貌

1963年,貝聿銘為東海大學設計了一座極具象徵性的「路思義教堂」,種下了與世界建築對話的種子,讓台中成為台灣面向現代國際建築的門戶。

半世紀後,伊東豊雄設計、被視為全球最難蓋的建築 「台中國家歌劇院」,歷時約10年終於完工。這座建築,不僅成為城市新地標,讓全世界重新認識台中,也象徵公共建築思維邁入新階段,展現市府採行國際競圖制度的決心。

由市府主導的國際競圖模式,逐漸成為台中重大建設的常態。開放、競爭的機制,讓建設不取決於預算、成本的妥協,而是讓世界建築大師願意在台中激發火花,讓創意真正落地。透過嚴謹的國際評審制度、公開徵選流程,也讓建築品質受到層層把關,建立起公共建築與市民的信任關係。

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「童書之森.台中」以「為未來孵的蛋」為核心概念設計,象徵未來主人翁的孵育。
圖/ 台中市政府

市府跨局處動員 讓最好的公共建築生根茁壯

台中氣候宜人、工商業蓬勃發展、地理位居台灣南來北往的樞紐,持續吸引人口移入。適當的土地分區規劃,使台中的空間尺度得宜,不顯擁擠,也不感疏離。在水文、綠意串聯的城市網格中,建築不僅是功能性的設施,還能思考、對話、共感而生長其中;這樣的城市環境,也讓建築師願意與台中對話。

位於水湳經貿園區的「台中綠美圖」今年底即將開幕,這座由日本代表性雙人建築師組合──妹島和世、西澤立衛所創立的 SANAA 事務所設計,以輕盈、通透 的語彙串聯八棟建築,並巧妙融合建築與綠意、風與光的周邊環境。

此外,由安藤忠雄設計的「童書之森.台中」,今年5月正式動工,並預計明年完工。這座圖書館坐落於台灣大道秋紅谷旁約1,600坪的精華基地,以「為未來孵的蛋」為核心概念設計,運用安藤忠雄代表性的清水模與極簡線條,融入森林地景;內部以環繞式書牆設計,打造360度的知識森林。

這兩座由普立茲克獎公共建築的誕生,背後仰賴台中市府團隊多年的通力合作!包含文化局的長期規劃與溝通、都市發展局的都市設計與土地整合、建設局的工程統籌等,各局處戮力合作,體現出台中對城市建設的高度企圖,並致力讓最好的建築在這座城市生根茁壯。

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今年動工的中醫大美術館,將為台中創造更豐沛的藝術能量。
圖/ 中國醫藥大學

市府團隊領航 讓「大師建築」成為市民日常

當市府持續引入國際建築語彙,民間也逐漸興起風潮!亞洲大學邀請安藤忠雄設計「現代美術館」,已成為大學美術館的指標。中國醫藥大學則分別邀請「普立茲克建築教父」法蘭克.蓋瑞(Frank Gehry)及西班牙 RCR 建築事務所設計水湳校區的「美術館」、「體育館」,讓學院建築不僅擁有理性機能,更融合藝術帶來新面貌。

此外,富邦集團先後邀請伊東豊雄、理查.邁爾(Richard Meier)設計「天空樹」、「台中文心辦公大樓」、「市政富邦」等,讓國際建築語彙融入商辦、住宅設計,讓「設計感」不再只是公共建築的專利,而是逐漸滲入日常,改變市民的生活樣貌。

國際級大師鉅作匯聚台中 讓世界看見城市新高度

近年來,不僅普立茲克建築大師作品匯聚台中,還有隈研吾國際建築大師,打造「台中巨蛋」、「勤美術 館」等代表性地標,台中國際級建築版圖不斷擴大!隨著綠美圖、童書之森、中醫大美術館等地標接連誕生,從孩童的第一本童書、到長者的藝文散步,台中城市的每個角落都被美學悄悄改寫。

台中不只是頻獲國際建築作品的城市,更在一棟棟建築中,實踐著市長盧秀燕「幸福宜居」的願景。未來,這座城市將持續以藝術與建築為媒介,讓美感成為生活的一部分,也讓世界看見台中的溫度、深度與嶄新的高度。

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