機(jī)器學(xué)習(xí)的崛起：從無人駕駛到AI醫(yī)療，人們已進(jìn)入深度學(xué)習(xí)的新世界

　　語音識別：實(shí)時(shí)跨文化交流不再遙遠(yuǎn)

　　人工智能的另一只圣杯是語音識別。不久之前，計(jì)算機(jī)的獨(dú)立語音識別應(yīng)用領(lǐng)域還很有限，如機(jī)票預(yù)訂。而如今，限制已不復(fù)存在。2012 年，一名來自多倫多大學(xué)的實(shí)習(xí)生在微軟研究院(Microsoft Research)的一個(gè)夏季研究項(xiàng)目中，讓微軟的語音識別系統(tǒng)性能得到了顯著的提升。2016 年，微軟的一個(gè)團(tuán)隊(duì)宣布，他們開發(fā)的一個(gè)擁有120 層的深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)在多人語音識別基準(zhǔn)測試中達(dá)到了與人類相當(dāng)?shù)乃健?/p>

　　這一突破性成果將在之后的幾年逐漸影響我們的社會(huì)，計(jì)算機(jī)鍵盤會(huì)被自然語言接口取代。隨著數(shù)字助手，如亞馬遜的Alexa、蘋果的Siri 以及微軟的Cortana 先后進(jìn)入千家萬戶，這種取代已經(jīng)在發(fā)生了。就如隨著個(gè)人電腦的普及，打字機(jī)退出了歷史舞臺，有一天電腦鍵盤也將成為博物館的展品。

　　當(dāng)語音識別和語言翻譯結(jié)合到一起時(shí)，實(shí)時(shí)的跨文化交流將有可能實(shí)現(xiàn)?！缎请H迷航》中那種萬能翻譯機(jī)將觸手可及。為什么計(jì)算機(jī)語音識別和語言翻譯達(dá)到人類的水平要花這么久的時(shí)間?難道計(jì)算機(jī)的各種認(rèn)知能力同時(shí)進(jìn)入瓶頸期僅僅是巧合嗎?其實(shí)所有這些突破都源于大數(shù)據(jù)的出現(xiàn)。

　　AI 醫(yī)療：醫(yī)學(xué)診斷將更加準(zhǔn)確

　　 深入皮膚

　　隨著機(jī)器學(xué)習(xí)的成熟并被應(yīng)用于可獲取大數(shù)據(jù)的許多其他問題，服務(wù)行業(yè)和其相關(guān)職業(yè)也將發(fā)生轉(zhuǎn)變?；跀?shù)百萬患者病情記錄的醫(yī)學(xué)診斷將變得更加準(zhǔn)確。最近的一項(xiàng)研究將深度學(xué)習(xí)運(yùn)用到了囊括超過2000 種不同疾病的13 萬張皮膚病學(xué)圖像中，這個(gè)醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)庫是以前的10 倍大。該研究的網(wǎng)絡(luò)被訓(xùn)練用于診斷“測試集”(test set，它從未見過的新圖像集)中的各種疾病。它在新圖像上的診斷表現(xiàn)與21 位皮膚科專家的結(jié)論基本一致，甚至在某些情況下還要更準(zhǔn)確。在不久的將來，任何一個(gè)擁有智能手機(jī)的人都可以拍下疑似皮膚病變的照片，并立即進(jìn)行診斷——而現(xiàn)在要完成同樣的過程，我們需要先去看醫(yī)生，耐心等待病變被專家篩查出來，然后再支付一大筆賬單。這一進(jìn)步將大大擴(kuò)大皮膚病護(hù)理的范圍，提升護(hù)理質(zhì)量。如果個(gè)體可以很快得到專家診斷，他們會(huì)在皮膚病的早期階段，也就是更容易治療的時(shí)候就開始就醫(yī)。借助深度學(xué)習(xí)，所有的醫(yī)生都將更準(zhǔn)確地診斷罕見的皮膚病。

　　 深入癌癥

　　如果專家在轉(zhuǎn)移性乳腺癌的淋巴結(jié)活檢切片圖像上判斷錯(cuò)誤，就有可能導(dǎo)致致命的后果。這是一種深度學(xué)習(xí)擅長的模式識別問題。實(shí)際上，一個(gè)經(jīng)過大量結(jié)論清晰的切片數(shù)據(jù)訓(xùn)練出來的深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)能達(dá)到0.925 的準(zhǔn)確度，還不錯(cuò)，但還不及人類專家在同一測試集上達(dá)到的0.966。然而，把深度學(xué)習(xí)與人類專家的預(yù)測結(jié)合起來，準(zhǔn)確度達(dá)到了0.995，幾近完美。由于深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)和人類專家查看相同

　　的數(shù)據(jù)的方式不同，二者相結(jié)合的效果比單獨(dú)預(yù)測要好。這樣一來，更多的生命得以被挽救。這表明在未來，人類與機(jī)器將是合作而非競爭的關(guān)系。

　　 深入睡眠

　　如果你有嚴(yán)重的睡眠問題(70% 的人一生中都會(huì)遇到這個(gè)問題)，你要等待幾個(gè)月才能見到你的醫(yī)生(除非問題十分緊急)，然后你會(huì)被轉(zhuǎn)到一個(gè)睡眠診所。在那里，你需要在身上接幾十個(gè)能在你入睡時(shí)記錄你的腦電圖(EEG)和肌肉活動(dòng)的電極，接受徹夜觀察。每個(gè)晚上，你會(huì)先進(jìn)入慢波睡眠，然后定期進(jìn)入快速眼動(dòng)(REM)睡眠，在此期間，你會(huì)做夢，但是失眠、睡眠呼吸暫停綜合征、不寧腿綜合征以及許多其他睡眠障礙會(huì)干擾這種睡眠模式。如果你在家里就很難入睡，那么在一張陌生的床上，全身接滿了讓人不安的醫(yī)療設(shè)備進(jìn)入睡眠狀態(tài)，絕對算得上真正的挑戰(zhàn)。睡眠專家會(huì)查看你的腦電圖記錄，以30 秒為單位標(biāo)記睡眠階段，一段8 小時(shí)的睡眠要花幾個(gè)小時(shí)才能標(biāo)記完。而最終你會(huì)得到一份有關(guān)睡眠模式異常情況的報(bào)告，以及一份2000 美元的賬單。

　　依據(jù)1968 年由安東尼·雷希特施芬(Anthony Rechtshaffen)和艾倫·卡萊斯(Alan Kales)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，睡眠專家將接受尋找表征不同睡眠階段特征跡象的培訓(xùn)。但是由于這些特征常常不明確，也不一致，只有75% 的情況下專家們能在數(shù)據(jù)解讀上達(dá)成一致。相比之下，我實(shí)驗(yàn)室之前的一名研究生菲利普·洛(Philip Low)使用無監(jiān)督機(jī)器學(xué)習(xí)，花了不到一分鐘的計(jì)算機(jī)運(yùn)算時(shí)間，以3 秒的時(shí)間分辨率自動(dòng)檢測睡眠階段，和87%的人類專家達(dá)成了一致的結(jié)論。此外，這種方式只需要在頭部的單個(gè)位置做記錄，用不到那些觸點(diǎn)和接線，也節(jié)省了大量佩戴和摘除的時(shí)間。2007 年，我們創(chuàng)立了一家公司Neurovigil，想將這項(xiàng)技術(shù)引入睡眠診所，但診所對此沒有表現(xiàn)出多大興趣，因?yàn)榭咳肆?biāo)注能產(chǎn)生更多的現(xiàn)金流。實(shí)際上，依據(jù)保險(xiǎn)號向患者開具賬單，會(huì)讓診所沒有動(dòng)機(jī)采用更廉價(jià)的程序。Neurovigil 在大型制藥公司發(fā)現(xiàn)了另一個(gè)市場，這些公司在開展臨床試驗(yàn)，需要測試他們的藥物對睡眠模式的影響。這項(xiàng)技術(shù)目前正在進(jìn)入長期護(hù)理設(shè)施市場，幫助解決在老年人中更普遍的進(jìn)行性睡眠問題。

　　睡眠診所模式是存在缺陷的，因?yàn)樵谶@樣的限制條件下不能可靠地診斷出健康問題：每個(gè)人的生理基數(shù)都不同，而偏離這個(gè)基數(shù)的信息最重要。Neurovigil 已經(jīng)有了一個(gè)小型設(shè)備iBrain，它可以在家里記錄你的腦電圖信息，將數(shù)據(jù)傳到網(wǎng)上并分析數(shù)據(jù)的長期趨勢和異常情況。這可以幫助醫(yī)生及早發(fā)現(xiàn)健康問題，在惡化前及時(shí)干預(yù)并阻止慢性疾病的發(fā)展。其他很多疾病的治療也將受益于持續(xù)監(jiān)測，如1 型糖尿病，血糖水平可以被監(jiān)測并通過胰島素進(jìn)行調(diào)節(jié)。使用能夠連續(xù)記錄數(shù)據(jù)的廉價(jià)傳感器正在對其他慢性疾病的診斷和治療產(chǎn)生重大影響。

　　從Neurovigil 的發(fā)展過程中可以看出：

　　第一，即便擁有更好更廉價(jià)的技術(shù)，也不代表能輕易地將其轉(zhuǎn)化為有市場價(jià)值，甚至更優(yōu)質(zhì)的新產(chǎn)品或服務(wù);

　　第二，當(dāng)現(xiàn)有產(chǎn)品在市場中的地位根深蒂固，就會(huì)進(jìn)一步開發(fā)出深入應(yīng)用的二級市場，可以讓新技術(shù)產(chǎn)生更直接的影響，并爭取時(shí)間來改進(jìn)，提升競爭力。太陽能和許多其他新興產(chǎn)業(yè)的技術(shù)就是這樣進(jìn)入市場的。從長遠(yuǎn)來看，已被證實(shí)具有優(yōu)勢的睡眠監(jiān)測和新技術(shù)將會(huì)覆蓋到家中的患者，并最終融入醫(yī)療實(shí)踐。