AWS เผยกรณีศึกษา การรักษาโรคพาร์กินสันด้วย AI และ Cloud

เอดับบลิวเอส (AWS) เผยกรณีศึกษา การรักษา “สั่นกระตุก” (shaking palsy) ที่เกิดจากโรคพาร์กินสันด้วย เอไอ (AI) และ คลาวด์ (Cloud)…

AWS เผยกรณีศึกษาการรักษา “สั่นกระตุก” ที่เกิดจากโรคพาร์กินสันด้วย AI และ Cloud

ดร. โรว์แลนด์ อิลลิง Chief Medical Officer and Director of Global Healthcare and Non-Profits ที่ Amazon Web Services (AWS) เปิดเผยว่า ในปี 1817 นายแพทย์เจมส์ พาร์กินสัน แพทย์ชาวอังกฤษได้อธิบายโรคที่มีอาการ “สั่นกระตุก” (shaking palsy) เป็นครั้งแรก

โดยสังเกตจากการเคลื่อนไหวของผู้ป่วย จนถึงปัจจุบัน แพทย์ผู้เชี่ยวชาญส่วนใหญ่ก็ยังคงวินิจฉัยโรคพาร์กินสันด้วยวิธีเดียวกัน นั่นคือดูจากอาการภายนอกเพื่อคาดเดาสิ่งที่เกิดขึ้นในสมองของผู้ป่วย กล่าวอีกนัยหนึ่งคือ แพทย์ยังคงต้องวินิจฉัยโดยมีข้อมูลที่จำกัดอยู่นั่นเอง

ด้วยความรู้ที่จำกัดนี้ ทำให้ภาระในการดูแลผู้ป่วยพาร์กินสันเพิ่มขึ้นอย่างมาก โดย องค์การอนามัยโลก (World Health Organization: WHO) รายงานว่า ปัจจุบันมีผู้ป่วยมากกว่า 10 ล้านคน และจำนวนผู้ป่วยเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าทุก 25 ปี แต่วงการแพทย์กำลังก้าวสู่ยุคใหม่

ด้วยประสิทธิภาพการประมวลผลของระบบคลาวด์ ร่วมกับเทคโนโลยีแมชชีนเลิร์นนิง (Machine Learning : ML) และปัญญาประดิษฐ์ (Artificial Intelligence : AI) ที่จะช่วยให้เราเข้าใจการทำงานของสมอง และผลกระทบของโรคได้ดีขึ้น ทำให้วินิจฉัยได้เร็วขึ้น พัฒนาวิธีรักษาใหม่ ๆ และช่วยให้ผู้ป่วยจัดการกับโรคได้ดีขึ้น

โรคพาร์กินสันเป็นโรคที่อาการค่อย ๆ แย่ลง สาเหตุเกิดจากการสูญเสียเซลล์ประสาทที่ผลิตสารโดพามีนในสมอง เมื่อสมองขาดโดพามีนที่ใช้ควบคุมการเคลื่อนไหว จึงทำให้เกิดอาการต่าง ๆ เช่น กล้ามเนื้อแข็งเกร็ง แขนขาเคลื่อนไหวน้อยลง กะพริบตา หรือแสดงสีหน้าน้อยลง และมีอาการสั่นเวลาอยู่นิ่ง

นอกจากนี้ยังมีอาการแฝงที่สังเกตได้ยาก เช่น ความดันต่ำ ความจำเสื่อม ซึมเศร้า วิตกกังวล ประสาทหลอน และหลงผิด งานวิจัยยังพบว่าผู้ป่วยพาร์กินสันมีความเสี่ยงที่จะเป็นโรคสมองเสื่อมสูงกว่าคนทั่วไป ซึ่งยิ่งทำให้ผลกระทบของโรครุนแรงขึ้นไปอีก

เนื่องจากนักวิจัยยังไม่รู้ว่าอะไรทำให้เซลล์ผลิตโดพามีนของผู้ป่วยเริ่มหยุดทำงาน จึงยังไม่สามารถรักษาที่ต้นเหตุได้ การรักษาในปัจจุบันจึงเน้นการให้สารทดแทนโดพามีนที่สูญเสียไป ซึ่งช่วยให้เคลื่อนไหวได้ดีขึ้นชั่วคราว แต่ไม่สามารถหยุดยั้งการลุกลามของโรคได้

ยิ่งไปกว่านั้น หากวินิจฉัยผิดพลาด การให้ยาเพิ่มโดพามีนอาจทำให้อาการของโรคอื่น ๆ เช่น โรคสมองเสื่อมหรืออาการสั่นแย่ลงได้ 

การค้นหาวิธีรักษาโรคพาร์กินสันที่ได้ผลจริง ๆ จำเป็นต้องรวบรวมและวิเคราะห์ข้อมูลจำนวนมหาศาล และต้องเข้าใจการทำงานของสมองอย่างละเอียดลึกซึ้ง เพื่อพัฒนาวิธีการรักษาแบบใหม่ที่มีประสิทธิภาพ

การถอดรหัสพันธุกรรมครั้งใหญ่ เพื่อค้นหาต้นเหตุของโรค

ปัจจุบันพบว่าผู้ป่วยโรคพาร์กินสันราว 15% มีสาเหตุมาจากการสูญเสียหรือการกลายพันธุ์ของยีนในร่างกาย ยิ่งนักวิจัยมีข้อมูลพันธุกรรม (DNA) มากเท่าไหร่ ก็ยิ่งมีโอกาสค้นพบความเชื่อมโยงใหม่ ๆ มากขึ้น ซึ่งจะช่วยให้เราเห็นตัวบ่งชี้ทางพันธุกรรมที่สามารถเตือนถึงความเสี่ยงในการเป็นโรคนี้ได้ล่วงหน้า

ทำให้วินิจฉัยโรคได้เร็วขึ้น และนำไปสู่แนวทางการรักษาที่เหมาะสม บริษัท Ultima Genomics ในรัฐแคลิฟอร์เนียได้พัฒนาซอฟต์แวร์ อัลกอริทึม และฝึกฝนโมเดล AI บน เอดับบลิวเอส เพื่อใช้กับเครื่องถอดรหัสพันธุกรรมรุ่นใหม่ เทคโนโลยีที่พัฒนาขึ้นนี้ช่วยลดค่าใช้จ่ายในการถอดรหัสพันธุกรรมของมนุษย์

ทั้งร่างกายจากเดิมราว 1,000 ดอลลาร์ เหลือเพียง 100 ดอลลาร์เท่านั้น สิ่งนี้จะช่วยให้เราเข้าใจเรื่องพันธุกรรมของโรคได้ดียิ่งขึ้น และนำไปสู่การพัฒนาวิธีการรักษาด้วยยีนบำบัดที่สามารถแก้ไขรหัสพันธุกรรมเพื่อป้องกันโรคได้ในอนาคต

การนำประสบการณ์ของผู้ป่วยมาวิเคราะห์เป็นข้อมูลที่นำไปใช้ประโยชน์ได้

เนื่องจากอาการ และประสบการณ์ของผู้ป่วยโรคพาร์กินสันมีความแตกต่างกันมาก ทำให้ตัวผู้ป่วยเองมีส่วนสำคัญอย่างมากในการช่วยพัฒนาความเข้าใจทางการแพทย์ มูลนิธิ Michael J Fox (MJFF) ได้จัดทำโครงการ The Parkinson’s Progression Markers Initiative (PPMI)

ซึ่งเป็นงานวิจัยสำคัญที่ให้ประชาชนมีส่วนร่วม โดยใช้อุปกรณ์สวมใส่ในการเก็บข้อมูลจากผู้เข้าร่วมแต่ละคนมากกว่า 4 ล้านจุดต่อวัน PPMI จะติดตามการเคลื่อนไหว อาการสั่น คุณภาพการนอนหลับ และข้อมูลอื่น ๆ ของผู้ป่วย โดยเก็บข้อมูลทั้งหมดไว้อย่างปลอดภัยบน เอดับบลิวเอส 

จากนั้นจึงนำข้อมูลเหล่านี้มารวมกับภาพสแกนสมอง DNA ตัวอย่างทางชีวภาพ และผลการตรวจประเมินทางการแพทย์ เพื่อใช้ AI วิเคราะห์หารูปแบบ และความเชื่อมโยงต่าง ๆ

Deborah W. Brooks ประธานเจ้าหน้าที่บริหาร และผู้ร่วมก่อตั้งมูลนิธิ Michael J. Fox เพื่อการวิจัยโรคพาร์กินสัน (MJFF) กล่าวว่า เราพบว่ามีผู้ป่วยอีกจำนวนมากที่สามารถให้ข้อมูลเกี่ยวกับตัวเองได้ ซึ่งจะช่วยให้เราเข้าใจการใช้ชีวิตของผู้ป่วยได้ดียิ่งขึ้น

เมื่อเรานำข้อมูลเหล่านี้มาวิเคราะห์ร่วมกับข้อมูลจีโนมขนาด 3 เทราไบต์ของแต่ละคน เราก็จะสามารถเชื่อมโยงข้อมูลขนาดใหญ่เหล่านี้เพื่อเร่งการพัฒนาการรักษาโรคพาร์กินสันให้ก้าวหน้ายิ่งขึ้น

ตัวบ่งชี้ทางชีวภาพ คือ เครื่องมือที่จะเร่งการวินิจฉัย และแนวทางการรักษาในอนาคต

เมื่อปีที่ผ่านมา PPMI ได้ค้นพบตัวบ่งชี้ทางชีวภาพของโรคพาร์กินสันชนิดใหม่ที่สามารถตรวจพบได้จากน้ำไขสันหลังของผู้ป่วย การตรวจแบบใหม่นี้ช่วยให้แพทย์สามารถตรวจพบความผิดปกติของโปรตีนที่เรียกว่า อัลฟา-ซินูคลีน (alpha-synuclein)

ซึ่งพบได้ในผู้ป่วยโรคพาร์กินสันถึง 93% โปรตีนนี้ไม่เพียงช่วยในการวินิจฉัยโรคได้ตั้งแต่ระยะแรกอย่างแม่นยำ แต่ยังอาจเป็นกุญแจสำคัญที่ชี้ให้เห็นถึงสาเหตุที่แท้จริงของโรค ซึ่งจะนำไปสู่แนวทางการรักษาที่ตรงจุดมากขึ้น

นอกจากโปรตีนแล้ว นักวิจัยยังค้นหาตัวบ่งชี้ทางชีวภาพอื่น ๆ ของโรคพาร์กินสัน โดยใช้เทคโนโลยีการวิเคราะห์ข้อมูลบนคลาวด์ และ AI บริษัท Icometrix กำลังพัฒนาระบบ AI ให้วิเคราะห์ภาพเพื่อติดตามการเปลี่ยนแปลงของปริมาตรเนื้อสมอง และศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างการเปลี่ยนแปลงนี้

กับการลุกลามของโรค การสร้างไปป์ไลน์ Deep Learning (inference) ใหม่โดยใช้โครงสร้างพื้นฐานของ เอดับบลิวเอส ช่วยให้ Icometrix เพิ่มความแม่นยำในการวิเคราะห์ได้อย่างมาก และยังช่วยลดเวลาในการประมวลผลอีกด้วย

การสร้างแผนที่เซลล์สมองเพื่อค้นพบวิธีการรักษาใหม่

การเชื่อมโยงความสัมพันธ์ระหว่างการเปลี่ยนแปลงในสมองกับอาการที่ผู้ป่วยพาร์กินสันประสบ จะเป็นก้าวสำคัญในการทำความเข้าใจโรคนี้ แม้ว่าปัจจุบันจะมีเครื่อง MRI แต่ยังมีกระบวนการอีกมากมายในสมองที่เรามองไม่เห็น Brain Knowledge Platform ซึ่งเป็นโครงการใหม่ที่นำโดย Allen Institute กำลังพยายาม

ทำแผนที่การเปลี่ยนแปลงของเซลล์สมองกว่า 2 แสนล้านเซลล์ โดยสร้างเป็นฐานข้อมูลโอเพนซอร์สขนาดใหญ่ที่สุดในโลกบน เอดับบลิวเอส ด้วยการผสานเทคโนโลยีประมวลผลประสิทธิภาพสูงของ เอดับบลิวเอส เข้ากับระบบ AI และ ML อย่าง Amazon SageMaker ทำให้ Brain Knowledge Platform สามารถถอดรหัสลักษณะเฉพาะของเซลล์สมองแต่ละประเภท และติดตามการเปลี่ยนแปลงเมื่อเกิดโรคทางระบบประสาท

Ed Lein, Ph.D. นักวิจัยอาวุโสจาก Allen Institute for Brain Science อธิบายว่า ด้วย Brain Knowledge Platform เรากำลังรวบรวมข้อมูลเกี่ยวกับเซลล์ที่เปราะบางในโรคอัลไซเมอร์ ทั้งรูปร่างลักษณะ การทำงาน และผลกระทบเมื่อเซลล์เหล่านี้ถูกทำลาย

เซลล์เหล่านี้จะกลายเป็นเป้าหมายสำคัญในการพัฒนาวิธีรักษาเพื่อป้องกันการเสื่อมสภาพ ยิ่งเราเข้าใจเซลล์เหล่านี้มากขึ้นเท่าไร โอกาสในการค้นพบวิธีรักษาใหม่ ๆ ก็จะมากขึ้นเท่านั้น และแนวทางนี้สามารถนำไปใช้กับโรคทางสมองได้ทุกชนิด

Brain Knowledge Platform จะเป็นฐานทะเบียนข้อมูลทางระบบประสาทแบบเปิด ที่แพทย์และนักวิจัยทั่วโลกสามารถเข้าถึงได้ด้วยการใช้ เอดับบลิวเอส ซึ่งจะช่วยให้แพทย์วินิจฉัยโรคต่าง ๆ เช่น โรคพาร์กินสันได้แม่นยำขึ้น และนำไปสู่การค้นพบวิธีรักษาใหม่ ๆ ที่ป้องกันการสูญเสียเซลล์ผลิตสารโดพามีน ซึ่งเป็นการแก้ปัญหาที่ต้นเหตุของโรคโดยตรง

AI ที่ทำงานร่วมกับสมองของผู้ป่วยแต่ละคนด้วยระบบ DBS

เทคโนโลยีการทำแผนที่สมองที่แม่นยำช่วยเพิ่มทางเลือกในการรักษานอกเหนือจากการใช้ยา การรักษาด้วยการกระตุ้นสมองส่วนลึก (Deep Brain Stimulation หรือ DBS) คือการใช้กระแสไฟฟ้ากระตุ้นจุดเฉพาะในสมองเพื่อรักษาอาการผิดปกติด้านการเคลื่อนไหว

ด้วยเทคโนโลยี AI และระบบคลาวด์ ทำให้ผู้ป่วยสามารถเข้าถึงการรักษาแบบนี้ได้มากขึ้น โดยทำให้การรักษามีความแม่นยำมากขึ้น ลดการบาดเจ็บ และลดผลข้างเคียง โดย AI จะช่วยปรับการกระตุ้นให้เหมาะกับการทำงานของสมองผู้ป่วยแต่ละคน

ต่อสู้กับโรคพาร์กินสันด้วย AI และ Cloud

การรับมือกับโรคพาร์กินสัน และการพัฒนาคุณภาพชีวิตผู้ป่วยต้องทำหลายด้านพร้อมกัน เมื่อเราเข้าใจโรคมากขึ้น ก็ช่วยให้วินิจฉัยได้เร็วขึ้น มีวิธีรักษาหลากหลายขึ้น และช่วยให้ผู้ป่วยมีคุณภาพชีวิตที่ดีขึ้น การสร้างความเข้าใจในวงกว้างช่วยลดการตีตราผู้ป่วย และทำให้ผู้คนสนใจเทคโนโลยีที่จะช่วยเหลือผู้ป่วยมากขึ้น

การร่วมมือกันในการทดลองทางการแพทย์ และงานวิจัยทำให้ผู้ป่วยรู้สึกมีส่วนร่วม และเป็นความหวังที่จะนำไปสู่การค้นพบวิธีรักษาโรคนี้ให้หายขาด ทุกความก้าวหน้าเกิดจากความทุ่มเทของผู้ป่วย ครอบครัว ผู้ดูแล และแพทย์ ซึ่งปัจจุบันทุกฝ่ายสามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น ด้วยเทคโนโลยี AI และระบบคลาวด์

ส่วนขยาย

* บทความเรื่องนี้น่าจะเป็นประโยชน์สำหรับการวิเคราะห์ในมุมมองที่น่าสนใจ 
** เขียน: ชลัมพ์ ศุภวาที (บรรณาธิการ และผู้สื่อข่าว) 
*** ขอขอบคุณภาพประกอบบางส่วนจาก N/A

สามารถกดติดตามข่าวสาร และบทความทางด้านเทคโนโลยีของเราได้ที่  www.facebook.com/itday.in.th