По тому, как человек ходит, можно узнать о его здоровье гораздо больше, чем принято думать. Причем речь не только о заболеваниях суставов, позвоночника или нервной системы. Походка, как выяснили израильские ученые, содержит информацию о состоянии печени, обмене веществ, количестве внутреннего жира, качестве сна и даже некоторых психических расстройствах.
К такому выводу пришла группа исследователей Института Вейцмана в Реховоте под руководством профессора Эрана Сегаля. Результаты работы, опубликованной 6 ноября в научном журнале Nature Medicine, открывают интересные перспективы использования искусственного интеллекта в медицинской диагностике.
В исследовании участвовали 3328 взрослых добровольцев, включенных в израильский проект Human Phenotype Project, целью которого является изучение связей между физиологическими особенностями человека, образом жизни и риском заболеваний.
Участников попросили выполнить пять стандартных двигательных упражнений перед специальной камерой, способной фиксировать движения тела в трех измерениях. Всего ученые получили 17 589 записей. Камера отслеживала положение 26 суставов, а разработанная система искусственного интеллекта анализировала не только скорость ходьбы и длину шага, но и едва заметные особенности координации, движения корпуса и конечностей.
Затем результаты сравнили с огромным массивом медицинской информации об участниках: анализами крови, данными обследований, показателями обмена веществ, состоянием сердечно-сосудистой системы, качеством сна и другими характеристиками здоровья.
Результаты удивили даже исследователей. Из 3210 проверенных показателей алгоритм обнаружил статистически значимые связи с особенностями движения в 1887 случаях. Причем эти показатели относились к 18 различным системам организма.
Некоторые связи вполне объяснимы. Например, масса тела, количество жировой ткани и физическая сила непосредственно влияют на то, как человек движется. Алгоритм с высокой точностью предсказывал индекс массы тела и количество висцерального жира, окружающего внутренние органы.
Но обнаружились и гораздо менее очевидные зависимости. Оказалось, что по особенностям движения можно получить информацию об эластичности печени - показателе, используемом, в частности, для оценки фиброза, то есть разрастания соединительной ткани в этом органе. Более того, в рамках исследования анализ походки улучшал оценку состояния печени даже после учета возраста и массы тела, а дополнительная информация в некоторых случаях была сопоставима с той, которую дают стандартные биохимические анализы.
Другой неожиданный результат касается психического здоровья. Искусственный интеллект обнаружил связь между особенностями движений и депрессивными состояниями. Включение данных о походке в прогностическую модель улучшало выявление участников, сообщавших о депрессии. Алгоритм также находил статистические связи с приемом антидепрессантов, антигистаминных препаратов и лекарств, снижающих кислотность желудка.
Ученые обнаружили и своеобразное разделение функций между частями тела. Движения ног оказались особенно информативными для оценки обмена веществ, физической силы и признаков возрастной слабости. Движения корпуса несли больше информации о качестве сна и особенностях образа жизни.
При этом исследователи проверяли, не объясняются ли результаты просто возрастом, ростом или полнотой участников. Даже после учета этих факторов анализ движений предоставлял дополнительную информацию о здоровье практически по всем изученным системам организма.
«В движении человека содержится гораздо больше биологической информации, чем позволяют увидеть несколько показателей, используемых при обычных обследованиях», — отметил один из соавторов исследования Юваль Бродский, генеральный директор компании Newton Tech, участвовавшей в разработке технологии.
Разработчики рассчитывают, что в будущем подобные системы можно будет использовать в поликлиниках и больницах для предварительного выявления проблем со здоровьем, наблюдения за пациентами и оценки эффективности лечения. В отличие от сложных лабораторных исследований движений, для которых требуется специальное оборудование с датчиками, новый метод основан на видеозаписи и компьютерной обработке.
Вместе с тем исследование показало статистические связи, но не доказало, что по походке можно надежно диагностировать конкретное заболевание у отдельного человека. Кроме того, алгоритм еще предстоит проверить на других группах населения и в реальных клинических условиях.
Тем не менее работа ученых Института Вейцмана предлагает принципиально новый взгляд на привычное человеческое движение. Походка может оказаться не только отражением состояния мышц и суставов, но и своеобразным источником информации о работе всего организма - информации, которую человеческий глаз не замечает, но способен обнаружить искусственный интеллект.
Олег Керем