Γερμανία: Πώς το ψηφιακό δίδυμο θα αλλάξει την Υγεία – Έρευνα της Αμάντα Ραντλς στο 12ο Heidelberg Laureate Forum

Στους διαδρόμους του φετινού Heidelberg Laureate Forum, της ετήσιας διεθνούς συνάντησης στη Χαϊδελβέργη που φέρνει κοντά βραβευμένους επιστήμονες Πληροφορικής και Μαθηματικών από όλο τον κόσμο με νεότερους συναδέλφους τους, η Αμάντα Ραντλς έχει κάνει αισθητή την παρουσία της. Δώδεκα χρόνια μετά την πρώτη συμμετοχή της ως φέρελπις ερευνήτρια, επιστρέφει στη διοργάνωση έχοντας στις «αποσκευές» της μια σπουδαία διάκριση: το ACM Prize in Computing του 2023 για την πρωτοποριακή έρευνά της στην υπολογιστική Ιατρική, που έχει ως στόχο να αλλάξει τον τρόπο διάγνωσης και θεραπείας πολλών ασθενειών.

Η Αμάντα Ραντλς βρίσκεται στην πρώτη γραμμή της δημιουργίας ψηφιακών διδύμων (digital twins) για το αγγειακό σύστημα. Τα ψηφιακά δίδυμα είναι ψηφιακά μοντέλα συστημάτων του οργανισμού μας, που τροφοδοτούνται από δεδομένα, τα οποία συλλέγονται από τις φορετές συσκευές μας (wearables) κατά τη διάρκεια της καθημερινότητάς μας, αλλά και από το ιατρικό μας ιστορικό, τα αποτελέσματα των ιατρικών εξετάσεων και των απεικονιστικών ελέγχων που έχουμε υποβληθεί.

Κατά τη συνάντησή της με το ΑΠΕ-ΜΠΕ και μια μικρή ομάδα δημοσιογράφων από όλο τον κόσμο, στο πλαίσιο του 12ο Heidelberg Laureate Forum, η Ραντλς φορούσε το έξυπνο δαχτυλίδι και το έξυπνο ρολόι της, τα οποία την ειδοποιούσαν για ενδεχόμενη κούραση, βάσει των μετρήσεων που λάμβαναν. Μετρήσεις, όπως αυτές, μπορεί να γίνουν πολύ χρήσιμες στο μέλλον για τη χαρτογράφηση του οργανισμού μας και τελικά την πρόγνωση σοβαρών ασθενειών.

Τα ψηφιακά δίδυμα είναι μια προσέγγιση γνωστή στη Μηχανική, ενώ τα τελευταία χρόνια κερδίζει όλο και περισσότερο έδαφος στις έρευνες γύρω από την Υγεία, όπου ο τελικός στόχος είναι η εξατομικευμένη προσέγγιση του ασθενούς. Όπως εξήγησε η Αμάντα Ραντλς, αναπληρώτρια καθηγήτρια Βιοϊατρικής Μηχανικής στο Πανεπιστήμιο Duke των ΗΠΑ, «σήμερα διαχειριζόμαστε τις κρίσεις αφού συμβούν. Ο στόχος είναι με τα ψηφιακά δίδυμα να λειτουργήσουμε περισσότερο προληπτικά, ώστε να διαχειριζόμαστε τις κρίσεις πριν συμβούν. Για παράδειγμα έχεις πόνο στο στήθος, πηγαίνεις στο γιατρό, ο οποίος εντοπίζει το πρόβλημα και λειτουργεί θεραπευτικά. Εμείς θέλουμε να εντοπίσουμε τα προβλήματα προτού εκδηλωθούν τα συμπτώματα». Η δημιουργία του ψηφιακού διδύμου, συνέχισε, θα επιτρέπει στους γιατρούς «να βλέπουν την εικονική εκδοχή του ασθενή», στην οποία να δοκιμάζουν ιατρικές παρεμβάσεις για να διαπιστώσουν ποια προσέγγιση του ταιριάζει περισσότερο, χωρίς καν να αγγίξουν τον ίδιο τον ασθενή.

Έχοντας σπουδές στη Φυσική και την Πληροφορική, η Αμάντα Ραντλς αποφάσισε να στρέψει την προσοχή της σε έναν τομέα μέσα από τον οποίο «να βοηθήσω τους ανθρώπους», όπως εξηγεί, και αυτός ήταν ο τομέας της Βιοϊατρικής.

Η έρευνά της έχει επικεντρωθεί στην ανάπτυξη λεπτομερών ψηφιακών μοντέλων αγγειακών συστημάτων και σε νόσους όπως η στένωση καρωτίδας, η καρδιακή ανεπάρκεια και η περιφερική αρτηριακή νόσο. Εκτιμά ότι στα επόμενα πέντε με δέκα χρόνια θα υπάρχει ένα ψηφιακό δίδυμο του αγγειακού μας συστήματος που θα χρησιμοποιείται από τους γιατρούς σε τακτά χρονικά διαστήματα. Ένα πρώτο δείγμα αυτού, επισημαίνει, βλέπουμε σήμερα με την ανίχνευση του ακανόνιστου καρδιακού ρυθμού από τις φορετές συσκευές. Στο μέλλον η παρακολούθηση των βιοδεικτών μέσω των φορετών συσκευών είναι πιθανό να μειώσει και τον αριθμό των απεικονιστικών εξετάσεων. Επιπλέον, η παρακολούθηση των ασθενών με καρδιακά προβλήματα πιθανώς να γίνεται στο μέλλον όχι με εμφυτεύσιμες συσκευές, αλλά μέσα από το ψηφιακό δίδυμo τους. Ωστόσο, η Αμάντα Ραντλς εκτιμά ότι θα χρειαστούν πολλά χρόνια για να δημιουργηθούν ψηφιακά δίδυμα για όλο το ανθρώπινο σώμα και τις λειτουργίες του.

Ένας άλλος τομέας που έχει στραφεί η ερευνητική ομάδα της Ραντλς είναι η πρώιμη έρευνα σχετικά με τα ψηφιακά δίδυμα στον καρκίνο και ειδικότερα την κατανόηση των καρκινικών κυττάρων, αλλά και τον βέλτιστο προγραμματισμό ακτινοβολίας και χημειοθεραπείας.

Για τη δημιουργία των ψηφιακών διδύμων χρειάζονται τεράστιοι αριθμοί δεδομένων και άρα, απαιτείται η χρήση υπερυπολογιστών. Η ομάδα της Αμάντα Ραντλς έχει εισάγει μια νέα τεχνική που μειώνει τη χρήση μνήμης μειώνοντας τελικά το υπολογιστικό υλικό που απαιτείται για προσομοιώσεις υψηλής ανάλυσης. Μάλιστα σε σχετική ερώτηση δημοσιογράφων από τη Νιγηρία και το Περού για το πόσο εύκολη είναι η εφαρμογή αυτών των τεχνολογιών σε χώρες με περιορισμένες υποδομές, η Ραντλς τόνισε αυτή τη μετάβαση από τους υπερυπολογιστές στο cloud ως ένα μέσο «εκδημοκρατισμού της επιστήμης», αλλά και τη συλλογή δεδομένων μέσω των φορετών συσκευών ως μια λύση εφαρμόσιμη ακόμα και στις απομακρυσμένες αγροτικές περιοχές. Μεγάλο ερευνητικό στοίχημα είναι βέβαια ο εντοπισμός των αλλαγών στους βιοδείκτες που μεταφράζονται σε προβλήματα υγείας, αλλά και η μετατροπή όλων αυτών των δεδομένων σε εύχρηστη πληροφορία για τους γιατρούς και εκεί η τεχνητή νοημοσύνη θα παίξει καταλυτικό ρόλο.

Μπορεί οι παραπάνω να είναι οι μεγάλες ερευνητικές προκλήσεις, ωστόσο στην ομιλία της στο Φόρουμ η Ραντλς δεν παρέλειψε να αναφερθεί και στον ρόλο της ως μητέρας τριών παιδιών, τα οποία ταξίδεψαν μαζί της κατά τη διάρκεια της διοργάνωσης. Ποιες δυσκολίες αντιμετωπίζει για να συνδυάσει τους ρόλους της ως μητέρα και ερευνήτρια, τη ρωτάμε.  Περιγράφει ότι είναι «ένας πραγματικός αγώνας» να βρει ισορροπίες και να εξηγεί στους συναδέλφους της ότι δεν είναι διαθέσιμη πάντα τα απογεύματα και τα Σαββατοκύριακα αλλά και ότι τελικά τα καταφέρνει με τη σημαντική υποστήριξη του συζύγου, των συνεργατών και του πανεπιστημίου, όπου εργάζεται.

Σπουδαίες προσωπικότητες στο 12ο Heidelberg Laureate Forum

Η Αμάντα Ραντλς είναι μία από τους 28 βραβευμένους ερευνητές στο πεδίο της Πληροφορικής και των Μαθηματικών που συμμετέχουν στο φετινό Heidelberg Laureate Forum, το οποίο διοργανώνεται από το γερμανικό Heidelberg Laureate Forum Foundation στις 14-19 Σεπτεμβρίου στη Χαϊδελβέργη. Πρόκειται για ανθρώπους που έχουν λάβει μερικά από τα σημαντικότερα βραβεία: στον τομέα της Πληροφορικής το ACM A.M. Turing Award, που θεωρείται το Νόμπελ της Πληροφορικής και το ACM Prize in Computing, στον τομέα των Μαθηματικών το Abel Prize που απονέμεται από τη Νορβηγική Ακαδημία των Επιστημών και των Γραμμάτων και το Fields Medal της Διεθνούς Μαθηματικής Ένωσης και στον τομέα της αλληλεπίδρασης των δύο πεδίων το IMU Abacus Medal (παλαιότερα γνωστό ως Nevanlinna Prize).

Το γκρουπ των συμμετεχόντων συμπληρώνουν 200 προσεκτικά επιλεγμένοι νεαροί ερευνητές, από προπτυχιακό μέχρι μεταδιδακτορικό επίπεδο, από 50 χώρες όλου του κόσμου, οι οποίοι έχουν την ευκαιρία να συνομιλήσουν με τους κορυφαίους του πεδίου τους μέσα από ομιλίες, εργαστήρια, αλλά και δικτύωση κατά τη διάρκεια των παράλληλων εκδηλώσεων.

Ο Ρίτσαρντ Σάτον είναι ο πιο πρόσφατα βραβευθείς με το ACM A.M. Turing Award (μαζί με τον Άντριου Μπάρτο) για την έρευνά τους γύρω από την Ενισχυτική μάθηση στην Επιστήμη των Υπολογιστών, μια διαδικασία όπου η τεχνητή νοημοσύνη μαθαίνει από την εμπειρία. Στην ομιλία του τόνισε ότι οι ερευνητές θα πρέπει να έχουν ως στόχο να κατανοήσουν τις αρχές της νοημοσύνης τόσο καλά ώστε να γίνουν ή να δημιουργήσουν όντα με πολύ μεγαλύτερη νοημοσύνη σε σχέση με τους ανθρώπους σήμερα. Στη διαδρομή αυτή, τόνισε, οι ερευνητές δεν πρέπει να δίνουν μεγάλη έμφαση σε τομείς που δεν οδηγούν εκεί, όπως τα μεγάλα γλωσσικά μοντέλα, «που απλά μιμούνται τους ανθρώπους και δεν έχουν δικούς τους στόχους».  Αντίθετα, πρέπει να δώσουν έμφαση στον σχεδιασμό καλύτερων αλγορίθμων εκμάθησης.

Στο ίδιο πλαίσιο, ο Ντέιβιντ Σίλβερ, καθηγητής στο University College London  και επικεφαλής ερευνητικής ομάδας στην Google DeepMind, ο οποίος βραβεύτηκε το 2019 με το ACM Prize in Computing, τόνισε στους νεότερους συναδέλφους του ότι θα πρέπει να ξεφύγουν από την εκπαίδευση των μοντέλων τεχνητής νοημοσύνης με βάση τα δεδομένα των ανθρώπων και να εστιάσουν την έρευνα στο πώς τα συστήματα θα εκπαιδεύονται βάσει της δικής τους εμπειρίας, όπως ένα μικρό παιδί εξερευνά και μαθαίνει τον κόσμο μόνο του.

Ο Βιντ Σερφ, που χαρακτηρίζεται ως ένας από τους πατέρες του Διαδικτύου, βραβευμένος με το βραβείο Turing το 2004, επέλεξε στην ομιλία του να αναπτύξει μια από τις μεγαλύτερες ανησυχίες του, την απώλεια του ψηφιακού περιεχομένου εξαιτίας του περιορισμένου χρόνου ζωής και της ξεπερασμένης τεχνολογίας των μέσων αποθήκευσης.

Ο Τζακ Ντονγκάρα, βραβευμένος με το Turing Award το 2021, είναι ένας από τους επιστήμονες που αφιέρωσε την πορεία του στους υπερυπολογιστές. «Είναι σαν μια κρυστάλλινη σφαίρα που σε βοηθάει να προβλέψεις το μέλλον, για παράδειγμα στην πρόγνωση του καιρού, και να προάγεις την επιστήμη», είπε χαρακτηριστικά στους δημοσιογράφους εκφράζοντας βέβαια και τις ανησυχίες του για το πόσο ενεργοβόροι και ακριβοί είναι.

Για την έρευνά του στους υπερυπολογιστές και τον τρόπο με τον οποίο επικοινωνούν μεταξύ τους, έχει βραβευτεί και ο Τόρστεν Χέφλερ, με το πιο πρόσφατο ACM Prize in Computing 2024. Λίγους μόλις μήνες μετά τη βράβευση ο Χέφλερ δηλώνει από τη Χαϊδελβέργη «απίστευτη τιμή για την απρόσμενη αυτή διάκριση». Μάλιστα ο Χέφλερ, καθηγητής στο ETH Zurich είναι ο πρώτος επιστήμονας από την ηπειρωτική Ευρώπη που λαμβάνει τη διάκριση αυτή. «Θεωρώ ότι στην Ευρώπη είμαστε κάπως πίσω σε πολλούς τομείς πρωτοπορίας, αλλά έχουμε πολλούς ταλαντούχους ερευνητές», λέει στους δημοσιογράφους.