Tekoäly tunnistaa sydänsairaudet

Julkaistu 20.8.2018 - 14:07
Katriina Aalto-Setälä/ Kuva: Jenni Toivonen
Professori Katriina Aalto-Setälä yllättyi tutkimustuloksista, joiden mukaan tekoäly pystyi erottamaan eri sydänsairauksia hyvin tarkasti.

Tietokone oppii tulkitsemaan pienetkin vaihtelut sydänlihaksen toiminnassa

Teksti: Jaakko Kinnunen
Kuva: Jenni Toivonen

Tuoreessa tutkimuksessa on osoitettu, että koneoppimista voidaan hyödyntää perinnöllisten sydänsairauksien tunnistamisessa. Tutkimuksessa vertailtiin kolmea geneettistä sydänsairautta, pitkää QT-oireyhtymää, CPVT-sairautta ja hypertofista kardiomyopatiaa, tekoälyn avulla. Tutkimus julkaistiin arvostetussa Scientific Reports -lehdessä (Nature Springer).

Algoritmien avulla tutkijat vertailivat, kuinka kalsium varastoituu ja vapautuu sydämen lihassoluissa. Kalsiumaineenvaihdunta on tärkeää sydämen toiminnan kannalta. Jo aiemmin on tiedetty, että terveiden sydänsolujen kalsiumaineenvaihdunta eroaa sairaista sydänsoluista. Solujen pienistä rytmihäiriöistä voidaan diagnosoida eri sydänsairauksia.

Professori Katriina Aalto-Setälä kertoo, että tulokset yllättivät myös tutkijan.

– Tulokset olivat käsittämättömän hyviä. On todella yllättävää, että tekoäly pystyi erottamaan eri sydänsairauksia näin tarkasti, Aalto-Setälä toteaa.

Tekoäly hoitaa
tautiluokituksen

Tietojenkäsittelyopin professori Martti Juhola toi tutkimukseen asiantuntemuksensa koneoppimisesta. Tutkimuksessa olivat mukana myös tutkijat Henry Joutsijoki ja Kirsi Penttinen.

– Meidän osuutemme oli kaksivaiheinen: Ensin piti tunnistaa piikit signaalista. Seuraavaksi tehtiin tautien luokitus, tämä oli se todellinen tekoälyn paikka. Henry Joutsijoki teki tässä suuren työn, Juhola sanoo.

Koneelle näytettiin kalsiumin transienttisignaaleja, jotka oli johdettu videokuvista. Signaalit kertoivat kalsiumin varastoitumisesta ja vapautumisesta. Tekoäly eli koneoppimismenetelmät oppivat tunnistamaan sykinnän pienet erot, jotka kertoivat eri taudeista.

– Ihminen ei tätä pystyisi tekemään, vaihtelut ovat niin pieniä. Ihminen on kyllä hyvä tietynlaiseen tunnistamiseen, mutta tällaisessa työssä tietokone on tehokkaampi, Juhola toteaa.

Uusia sydänsairauksia
tutkittaviksi

Tekoälyn ennustus on sitä luotettavampi, mitä enemmän dataa järjestelmällä on käytettävissään.

– Tässä tutkimuksessa meillä kävi tuuri siinä mielessä, että taudit erosivat toisistaan selvästi. Näinhän ei välttämättä tarvitsisi olla, Juhola kertoo.

Tutkijoiden kannalta tutkimus on lupauksia herättävä. Tietokoneiden laskentateho kasvaa tasaisesti, ja samalla laadukasta dataa on aiempaa enemmän saatavilla.

Juhola kertookin, että käynnissä on jo uusi tutkimus, jossa tutkitaan uusia sydänsairauksia yhdessä kolmen aiemman kanssa.

– Tavoitteena on lopulta luoda kliininen sovellus, josta oli merkittävää hyötyä lääkäreille ja potilaille, Juhola sanoo.

Tekoäly tehostaa
diagnosointia

Tutkimuksessa hyödynnettiin ihmisen indusoituja pluripotentteja kantasoluja eli iPS-soluja, jotka pystyvät erilaistumaan minkä tahansa kudoksen soluiksi. Vaativat solujen erilaistukset ja sydänsolujen toiminalliset analyysit teki Kirsi Penttinen. Tutkimuksessa käytetyt sydänsolut luotiin potilaiden ihosoluista.

Tutkijoiden toiveissa on, että tulevaisuudessa pluripotenttien kantasolujen ja tekoälyn avulla potilaiden diagnosointi tehostuisi.

– Jos potilaalla on tietynlainen oirekuva, voimme iPS-solujen ja tekoälyn avulla selvittää, mikä sairaus mahdollisesti on kyseessä. Tämä antaa siis meille mahdollisuuden kohdentaa tutkimuksia, Aalto-Setälä sanoo.

Rytmihäiriösairaus
usein oireeton

Pitkä QT-oireyhtymä on rytmihäiriösairaus, joka altistaa ihmisen vakaville rytmihäiriöille. Suurin osa geenivirheen kantajista on oireettomia, mutta sairaus voi aiheuttaa myös äkillisen tajunnanmenetyksen tai kuoleman.

CPVT-sairauden, eli perinnöllisen katekoliaminergisen monimuotoisen kammiotiheälyöntisyyden, oireita ovat rasituksesta aiheutuvat rytmihäiriöt ja niistä johtuvat tajuttomuudet ja äkkikuolemat.

Hypertrofinen kardiomyopatia on sairaus, jossa sydänlihas on paksuuntunut. HCM-sairaudessa sydän pumppaa verta normaalisti, mutta verenvirtaus sydänlihaksessa on vaikeutunut. Tauti voi johtaa äkkikuolemaan.

Linkki tutkimukseen