A microscope image of one of the organic electrochemical transistor networks that the researchers created, made from polymer-based fibers. MATTEO CUCCHI

人工智能可以識別數(shù)據(jù)中的微妙模式，這在醫(yī)學(xué)上特別有用。到目前為止，這些都是離線的過程 —— 醫(yī)生執(zhí)行醫(yī)療測試，測試數(shù)據(jù)在測試后通過軟件程序運(yùn)行。但事實(shí)上，實(shí)時過程可以讓醫(yī)生更快地識別和治療醫(yī)療問題。而實(shí)時檢測這些模式的一種方法，就是將人工智能系統(tǒng)植入人體。

在TU Dresden的研究人員領(lǐng)導(dǎo)的一項(xiàng)新研究中，創(chuàng)建了一個由微小聚合物纖維網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的系統(tǒng)，當(dāng)浸入一種旨在復(fù)制人體內(nèi)部的溶液中時，該系統(tǒng)起到有機(jī)晶體管的作用。這些網(wǎng)絡(luò)可以檢測和分類體內(nèi)的異常電信號。為了測試他們的系統(tǒng)，研究人員用它來識別各種不規(guī)則心跳的模式。像這樣的技術(shù)可以用來檢測諸如不規(guī)則心跳和其他諸如高血糖等醫(yī)學(xué)問題。

TU Dresden的博士生、該研究的主要作者M(jìn)atteo Cucchi：“我們所展示的是一個普遍的概念。這是一種通用方法，可以專門用于一個特定的應(yīng)用。”

神經(jīng)元型晶體管（NEURON-LIKE TRANSISTORS）

為了制造生物相容性硬件，Cucchi和他的同事們使用了由碳基材料PEDOT制成的聚合物纖維網(wǎng)絡(luò)。在顯微鏡下可以看到細(xì)小的分支纖維網(wǎng)絡(luò)。Cucchi和由該研究的資深作者、Dresden Integrated Center for Applied Physics and Photonic Material主任Karl Leo領(lǐng)導(dǎo)的其他研究人員對他們與神經(jīng)元的相似性感到震驚。

當(dāng)浸入模擬人體內(nèi)部條件的電解液（鹽溶液）中時，纖維網(wǎng)絡(luò)就變成了有機(jī)電化學(xué)晶體管（OECT），與傳統(tǒng)計算機(jī)中的硅基晶體管一樣，雖然使用了不同的機(jī)制，但充當(dāng)電流開關(guān)。

在傳統(tǒng)的硅晶體管中，金屬觸點(diǎn)控制著晶體管是開還是關(guān)。Leo表示，“OECT工作原理非常不同，因?yàn)槟銓⑼ǖ琅c電解液接觸，從而改變電解液的電位。通過這種方式，你可以控制聚合物[纖維]或電解質(zhì)中離子的數(shù)量。這改變了導(dǎo)電性。這些有機(jī)晶體管將電輸入轉(zhuǎn)換成非線性信號，就像計算機(jī)使用的二進(jìn)制代碼一樣，使其可用于計算。”

研究人員在他們的系統(tǒng)中使用了一種稱為水庫計算的機(jī)器學(xué)習(xí)方法。與其他機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)的高度結(jié)構(gòu)化組織不同，這些組件是隨機(jī)配置的，以形成一個庫。在這項(xiàng)研究中，OECT是隨機(jī)的，因?yàn)樗鼈兊闹谱鞣绞健Ｑ芯咳藛T使用了一種稱為交流電聚合的方法，該方法涉及在電極之間通過液體前體運(yùn)行交流電，以制備PEDOT。材料開始在一個電極上凝結(jié)，纖維最終在另一個電極上生長。該過程產(chǎn)生的光纖具有不同的電阻和響應(yīng)時間，有助于將電輸入轉(zhuǎn)換為非線性輸出。

研究人員以電信號的形式輸入數(shù)據(jù)，復(fù)制系統(tǒng)在體內(nèi)接收的離子信息類型。當(dāng)數(shù)據(jù)被編碼成電頻率時，系統(tǒng)工作得最好。信號通過“黑匣子”進(jìn)行改變和轉(zhuǎn)換。然后，研究人員可以訓(xùn)練一個智能系統(tǒng)，將結(jié)果解釋為幾種電模式之一。通過這種方式，對儲層進(jìn)行訓(xùn)練，以識別和分類電化學(xué)信息的模式。

測試系統(tǒng)

研究人員對他們的系統(tǒng)進(jìn)行測試的數(shù)據(jù)集之一是代表四種心跳類型的數(shù)據(jù)，一種是正常的，三種是不規(guī)則的。人工智能在88%的時間里能夠正確區(qū)分四種類型的心跳。重要的是，心跳數(shù)據(jù)是已經(jīng)存在的數(shù)據(jù)集的一部分，并不是作為研究的一部分從任何人那里收集的。

在未來，使用該技術(shù)更專業(yè)版本的植入式設(shè)備可能能夠檢測人體內(nèi)的異常電信號和醫(yī)療問題。研究人員寫道，這可能在手術(shù)后特別有用。Leo設(shè)想了一種帶有簡單燈光顯示的設(shè)備，如果心跳正常，它將保持綠色，如果心跳不規(guī)則，它將變?yōu)榧t色。Cucchi表示，“這種設(shè)備可以讓醫(yī)生在分析和侵入性操作上不損失時間和金錢的情況下對信號立即采取行動。”

研究人員表示，就目前而言，這項(xiàng)技術(shù)還遠(yuǎn)未用于人體內(nèi)。這項(xiàng)研究只考察了這樣一個系統(tǒng)是如何工作的 —— 將其用作醫(yī)療植入物需要進(jìn)行廣泛的臨床前和臨床試驗(yàn)。研究中的硬件也使用外部電源，沒有內(nèi)置電源，就像植入物一樣。

這項(xiàng)技術(shù)還提出了在人體內(nèi)植入人工智能設(shè)備的含義問題。作者建議，該系統(tǒng)可以在線使用，也可以實(shí)時使用，這將引起人們對如何呈現(xiàn)和收集數(shù)據(jù)的疑問。Leo說這些都是未來研究的重要問題。

“關(guān)于人工智能、如何應(yīng)用人工智能以及人工智能被濫用的可能性，人們正在進(jìn)行討論”，Leo說，“這絕對是個問題。”