Sentado em seu apartamento em Pequim, no início de 2020, Guangyu Wang assistiu à medida que os casos Covid-19 aumentavam na China e no resto do mundo.O engenheiro biomédico, que trabalha com inteligência artificial (IA), sabia de colegas que trabalham em cuidados de saúde que o sistema médico do país não estava lidando.A cidade chinesa de Wuhan entrou em bloqueio depois de gravar o primeiro surto de Covid-19, e a Organização Mundial da Saúde declarou uma emergência global de saúde.
À medida que o número de pACientes em hospitais aumentava, os atrasos também em imagens médicas e outros procedimentos.Os exames de radiografia de tóraxos empilharam, aguardando análise de radiologistas, diz Wang, que trabalha na Universidade de Postos e Telecomunicações de Pequim e Telecomunicações."O sistema de saúde foi esticado até o limite", diz ela.
Wang e outros em sua equipe começaram a alcançar suas redes ACadêmicas-muitas das quais desejavam usar suas habilidades para apoiar o sistema de saúde.Juntos, eles formaram uma colaboração com engenheiros biomédicos, radiologistas, especialistas respiratórios e médicos de instituições e hospitais em toda a China.
Nature Spotlight:Engenharia Biomédica na China
Decidindo focar na imagem médica, a equipe de especialistas trabalhou longos dias em dois meses para desenvolver software de aprendizado de máquina.Ao treinar o software em mais de 145.000 imagens de raios-X de tórax de 7 hospitais, eles desenvolveram um algoritmo que poderia detectar doenças respiratórias, incluindo Covid-19, com mais de 90% de precisão.Desde então, o software foi usado para reduzir o ônus dos radiologistas que trabalham em seis hospitais durante a pandemia, diz Wang.Os dados e o código do computador foram depositados no China National Center for Bioinformation (CNCB), uma plataforma de dados de ACesso aberto, para ajudar o esforço global de pesquisa CoVid-19.
Um dos colaboradores de Wang sobre o projeto é o pesquisador de doenças respiratórias Weimin Li na Universidade de Sichuan, em Chengdu, que é presidente da Escola de Medicina da China Ocidental e Hospital West China.Ele diz que, apesar de proveniente de uma formação clínica, ele se sente à vontade para trabalhar com IA e pesquisadores de informática.Colaborações como essas são cada vez mais comuns porque, nos últimos anos, departamentos governamentais como a Comissão NACional de Saúde, que formula políticas de assistência médica, e o Ministério da Educação incentivaram ativamente os médicos a trabalhar com esses especialistas.
Um plano de longo prazo
O projeto de Wang e Li é apenas um resultado do planejamento e investimento de longo prazo da China em tecnologias de IA, dados centralizados de assistência médica e uma cultura colaborativa envolvendo pesquisadores e clínicos.Nos últimos dez anos, o financiamento do governo central e as políticas de cima para baixo ajudaram a transformar a pesquisa médica chinesa em um campo orientado a dados que usa engenharia de computador e máquina para tirar pressão dos trabalhadores médicos.
O engenheiro biomédico Yipeng Hu, no University College London, diz que esta iniciativa levou a equipes de pesquisa chinesa conduzidas por cooperativas que trabalham em velocidade."Se algo funcionar, muitas vezes pode ser testado rapidamente e usado em hospitais mais rapidamente do que em outros países", diz ele.
Esse entusiasmo pode ser visto na ACademia e no setor privado também."Houve um rápido desenvolvimento nas tecnologias de IA", diz Wang.“O campo de diagnóstico inteligente está se expandindo rapidamente.E a China fez um investimento mACiço na infraestrutura de pesquisa em saúde do país.”
Robótica médica na China: a ascensão da tecnologia em três gráficos
Os números suportam isso.Depois que o 12º plano de cinco anos da China começou em 2011, o governo central investiu mais de 10 bilhões de yuans (US $ 1.5 bilhões) em "informatização da saúde" - o uso da tecnologia da informação para melhorar os cuidados de saúde.(Os planos de cinco anos da China são publicados objetivos do governo para políticas, infraestrutura e investimento que são revisitados a cada cinco anos.)
Houve um aumento adicional de financiamento desde 2010 que levou ao desenvolvimento de pesquisas e conhecimentos de IA.A National Natural Science Foundation of China (NSFC), a maior agência de financiamento do país, triplicou seu orçamento para projetos de pesquisa a partir de US $ 4.6 bilhões em 2006-10 a $ 13.7 bilhões em 2011-15, atingindo US $ 19.6 bilhões no período 2016–20.
These funding increases, representing a rise of 17% per year from 2000 to 2017, have closed the gap between China and the United States in research and development (R&D) funding. Preliminary 2019 data from the US National Science Foundation (the most recent data available) suggest that China has surpassed its technological competitor on R&D spending.
Em 2012, por exemplo, a China ultrapassou os Estados Unidos no número de trabalhos que seus pesquisadores publicaram nos campos combinados da ciência da computação, IA e engenharia biomédica (consulte 'Antes da curva').Em 2019, essa liderança havia aumentado, com a China publicando cerca de um terço a mais de artigos do que os Estados Unidos-embora, no mesmo ano, os pesquisadores chineses de IA fossem citados cerca de 20% menos que a média mundial.
Os pesquisadores dizem que o investimento foi extremamente necessário.Mesmo com o aumento de recursos e uma taxa de publicação rápida, a China tem um número limitado de engenheiros de dados altamente experientes e pesquisadores de IA capazes de trabalhar em projetos que combinam aprendizado de máquina e conhecimento médico.Além disso, ainda pode ser difícil encontrar conjuntos de dados médicos de alta qualidade, diz Yu Xue, engenheiro de computadores e biólogo celular da Universidade de Ciência e Tecnologia de Huazhong em Wuhan.
Melhorias recentes para a infraestrutura de dados da saúde melhoraram os assuntos.Muitos dados de pACientes agora são armazenados digitalmente e as instituições clínicas foram instruídas por políticas governamentais para aumentar a inovação em saúde, compartilhando dados de maneira mais eficaz.
Pesquisadores de IA na China querem manter a cultura de compartilhamento global viva
No entanto, continua sendo um desafio traduzir esses novos dados em aplicações clínicas, diz Wang.Qualquer avanço em engenharia biomédica para sair desses dados ainda requer testes rigorosos, integração com equipamentos (que varia entre hospitais) e educação para a equipe clínica sobre como interpretar os resultados.
Hu diz que os pesquisadores de IA em todo o mundo enfrentam desafios semelhantes.“Geralmente, há uma batalha administrativa para trazer isso.Portanto, a maioria das pesquisas ACaba indo além dos nossos trabalhos de pesquisa, que são baseados nos conjuntos de dados existentes.”
Jogador desafiante
Também houve uma mudança de mentalidade entre os pesquisadores biomédicos para usar técnicas de IA, diz Xue.
Há cinco anos, muitos cientistas da China ainda não estavam convencidos sobre o poder da IA."Havia uma crença profundamente de que os computadores não podiam aprender a ser intuitivos", diz ele.
Então, em 2017, o AI Alphago, desenvolvido pela empresa DeepMind, com sede em Londres, derrotou o jogador número um do mundo Ke Jie-enormes notícias na China, onde o jogo de tabuleiro antigo é muito popular.
"Esta pequena tempestade se tornou um tufão e soprou a mente de todos os cientistas", diz Xue.“Mais e mais cientistas ao meu redor começaram a ACreditar que a IA poderia ser útil em estudos biomédicos.”
Xue co-liderou um projeto que usou técnicas de aprendizado profundo para desenvolver um pACote de software que preveja as mortes e resultados de doenças da CoVID-19 (W.Ning et al.Nature Biomed.Eng. 4, 1197–1207; 2020).Ele espera que o trabalho possa melhorar a precisão dos diagnósticos de doenças em ambientes clínicos no futuro.
Wang também esteve envolvido no desenvolvimento de ferramentas biomédicas de IA que possam ajudar no sistema de saúde da China.Ela e seus colegas criaram um anexo de smartphone que médicos e indivíduos usam para tirar fotos do interior do olho (k.Zhang et al.Nature Biomed.Eng. 5, 533–545; 2021).As imagens foram transmitidas para uma plataforma de computação em nuvem, onde as redes neurais as verificaram quanto a marcas reveladoras que podem indicar que uma pessoa tem doença renal crônica ou diabetes tipo 2.
Soluções de armazenamento
A Xue AConselhou colegas envolvidos na criação de dois dos primeiros data centers biológicos da China - o CNCB e o National Genomics Data Center (NGDC), ambos estabelecidos em 2019.Os centros arquivam, gerenciam e processam uma ampla gama de dados relACionados aos ômicos da genômica e de outros, servindo como versão da China de bancos de dados como o GenBank nos Estados Unidos e o Arquivo Europeu de Nucleotídeo, que foram criados no início dos anos 80.
"A falta de dinheiro impediu a China de estabelecer data centers biológicos", diz Xue.“Agora, o dinheiro não é mais um problema, a China está procurando apoiar iniciativas mundiais para coletar, compartilhar e distribuir dados, que é um processo caro e trabalhador intensivo.”
Por exemplo, em janeiro, o NGDC e o CNCB lançaram um banco de dados contendo sequências de genoma, nucleotídeo e proteína para o coronavírus SARS-Cov-2.Ele também inclui sequências de outros coronavírus, dados epidêmicos, variações de genoma e dados de linhagem, além de registros clínicos (https: // ngdc.CNCB.AC.CN/NCOV). “It’s been widely used ACross the world, and frequently and extensively updated,” Xue says.
Diagnósticos orientados a dados
O governo, pesquisadores e clínicos da China têm um forte motivo além da pandemia para traduzir diagnósticos de computador em ambientes clínicos. There are too few qualified doctors in remote areas (see ‘Medical ACcess’), forcing people to travel lengthy distances to cities and wait in long queues, putting extra strain on hospital staff and clinical resources.
Li acha que as tecnologias de diagnóstico impulsionadas pela aprendizagem profunda podem oferecer suporte necessário.Se as pessoas puderem ser diagnosticadas sem o envolvimento direto de um médico pobre, pode não haver necessidade de visitar um hospital.Tratamentos básicos, como antibióticos ou analgésicos, também podem ser fornecidos localmente, ele diz.
Tais avanços já estão sendo implementados.Uma das maiores empresas de IA e tecnologia de fala da China, Iflytek em Hefei, desenvolveu um assistente médico de IA que está em uso em todo o país em todo o país.A equipe de assistência médica insere os sintomas de um paciente na plataforma de software e fornece conselhos sobre um possível diagnóstico. According to the company, the platform gives around 400,000 of these auxiliary opinions eACh day in as many as 30,000 medical institutions.
Muitos dos gigantes da tecnologia da China, incluindo Alibaba, Tencent e Baidu, anunciaram várias ferramentas de diagnóstico de assistência médica de IA nos últimos anos. Baidu, for instance, used an AI-powered mapping platform to trACk the movement of people leaving Wuhan as the first cases of COVID-19 were identified, which it says was used to “ACcelerate local preparedness and response efforts”.
Há também um incentivo de financiamento para os pesquisadores. In November 2020, the NSFC established a department to support collaborative research ACross four key areas: broadly, the physical sciences; information technology and AI; biomedicine; and the humanities.Será alocado uma proporção do gasto total do orçamento do NSFC, que em 2020 foi 28.5 bilhões de yuan."Eu estimaria que pode receber 5 a 10% de todo o financiamento", diz Xue - ou até 2.8 bilhões de yuan.
Tradução complicada
No entanto, a tradução de pesquisas em ferramentas clínicas ainda está longe de ser direta e depende da disponibilidade de conjuntos de dados enormes, bem organizados e anotados. Not every medical institute has the capACity to provide these, says Xue.
Também existem problemas em torno da proteção de dados.Na China, uma estrutura legal entrou em vigor em 1 de setembro que visa fortalecer ainda mais as proteções legais para as informações pessoais dos cidadãos chineses.
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No geral, o objetivo orientador do sistema da China é semelhante ao das leis gerais de regulamentação de proteção de dados da Europa, diz Rebecca Arcesati, um analista de tecnologia e política digital do Mercator Institute for China Studies in Berlim. Regulators have tried to balance personal privACy, economic development and national-security considerations, she says.
“The law is the Chinese government’s response to long-standing public concerns over privACy violations by powerful tech giants, who so far have operated and grown in a de fACto Wild West,” she says.
No entanto, a estrutura difere da legislação européia em como trata as informações pessoais: considerando -a como um recurso estratégico que pertence ao estado chinês diante de seus cidadãos, ela diz.“O que é importante para enfatizar, na minha opinião, é que é improvável que a lei limite a coleção forçada generalizada de dados biométricos e informações genéticas da população, especialmente de minorias vulneráveis.”
Given China’s growing economy and its ability to pay competitive wages to talented early-career AI researchers, Hu thinks that it won’t be long before the country will match the innovation levels of its rivals in Europe and the United States, in terms of citation rates and breakthroughs such as those AChieved by AlphaGo.Jovens pesquisadores chineses aprendem rapidamente, diz Hu.“A lacuna em sua experiência, que limita sua capacidade de ser verdadeiramente inovadora, pode ser reduzida muito rapidamente no futuro.”
