Искусство статистики. Как находить ответы в данных - Дэвид Шпигельхалтер

Необходимость в контролируемости алгоритмов, влияющих на жизнь людей, растет, и требования, чтобы выводы имели понятное объяснение, включаются в законодательство. Такие требования препятствуют использованию сложных черных ящиков и могут приводить к предпочтению (довольно старомодных) регрессионных алгоритмов, в которых влияние каждого фактора предельно ясно.

Однако, рассмотрев темную сторону алгоритмов, уместно закончить весьма полезным и обнадеживающим примером.

Почти всем женщинам, у которых диагностирован рак молочной железы, делают операцию, хотя степень хирургического вмешательства может быть ограниченной. Критический вопрос – выбор адъювантной терапии[148] после операции, чтобы уменьшить вероятность рецидива и последующей смерти от рака. Возможны различные варианты – радиотерапия, гормональная терапия, химиотерапия и другие лекарственные средства. В терминологии цикла PPDAC это проблема.

План британских исследователей состоял в разработке алгоритма, который помогал бы принять такое решение с помощью данных о 5700 прошлых случаях рака молочной железы, имеющихся в канцер-регистре страны. Анализ включал построение алгоритма, использующего подробную информацию о конкретной женщине и ее опухоли для вычисления ее шансов на выживание в течение 10 лет после операции и их изменения в зависимости от различных методов лечения. Однако при анализе прошлых результатов требуется осторожность, поскольку причины выбора методов лечения неизвестны и мы не можем использовать видимые результаты из базы данных. Вместо этого создается регрессионная модель с выживаемостью в качестве результата, но эффект лечения оценивается по обзорам крупномасштабных клинических испытаний. Получившийся алгоритм общедоступен, а его разделительная эффективность и калибровка проверены на независимых наборах данных, включавших 27 тысяч женщин[149].

Созданное программное обеспечение называется Predict 2.1, и результаты его работы выдаются в виде доли схожих по анамнезу женщин, которые, как ожидается, проживут 5 и 10 лет при различных видах адъювантной терапии. В табл. 6.5 приведены некоторые результаты для воображаемой женщины, а на рис. 6.7 – кривые выживаемости из Predict 2.1 для периода до 15 лет после операции.

Таблица 6.5

С помощью алгоритма Predict 2.1 определялась ожидаемая доля 65-летних женщин, которые проживут 10 лет после операции при раке молочной железы, когда при обследовании была обнаружена опухоль 2-й стадии размером 2 см, с двумя метастазами узлов и положительными индексами ER, HER2 и Ki-67. Показана кумулятивная ожидаемая польза для различных методов адъювантной терапии, хотя они могут иметь побочные эффекты. Доля выживаемости для «женщин без рака» отражает наилучшую возможную выживаемость с учетом возраста женщины

* Трастузумаб – противоопухолевый препарат. Герцептин – его торговое название. Прим. пер.

Рис. 6.7

Кривые выживаемости из Predict 2.1 для периода до 15 лет после операции – для женщин с признаками, перечисленными в подписи к табл. 6.5. Показано совокупное увеличение выживаемости в зависимости от дополнительных видов терапии. Область над пунктирной линией отображает процент женщин с раком молочной железы, умерших от других причин

Программа Predict 2.1 не совершенна, и данные в табл. 6.5 могут использоваться только в качестве примерных ориентиров: они отображают, что (как можно ожидать) случится с женщинами, обладающими признаками, включенными в алгоритм, но для какой-то конкретной женщины нужно учитывать дополнительные факторы. Тем не менее Predict 2.1 регулярно используется для десятков тысяч случаев в месяц как на консилиумах, где обсуждаются варианты лечения, так и для передачи этой информации пациентке. Для женщин, желающих активно участвовать в своем лечении, используется процесс, известный как «совместный уход», когда пациентке предоставляется информация, обычно доступная только врачам, что может помочь ей лучше контролировать свою жизнь. Этот алгоритм не запатентован и представляет собой программное обеспечение с открытым исходным кодом, поэтому система регулярно обновляется, чтобы предоставлять дополнительную информацию, в том числе о и негативных последствиях лечения.

Искусственный интеллект

С момента появления в 1950-е годы идея искусственного интеллекта (ИИ) периодически переживает всплески ажиотажа и энтузиазма и последующие волны критики. Я работал над диагностикой с помощью компьютера и неопределенностью в ИИ в 1980-е, когда в целом эта тема обсуждалась в рамках конкуренции между различными подходами: как основанными на вероятности и статистике или на экспертных «правилах» для суждений, так и теми, которые пытались эмулировать когнитивные способности с помощью нейронных сетей. Сейчас эта область стала более зрелой, подход к ее основополагающей философии – более прагматичным и универсальным, хотя ажиотаж не исчез.

Демонстрируемый машинами интеллект – весьма широкая идея. Она намного масштабнее, чем ограниченная проблема алгоритмов, обсуждаемая в этой главе, и статистический анализ – всего лишь один компонент для построения систем ИИ. Однако, как показывают последние выдающиеся достижения в компьютерном зрении, речи, играх и так далее, главную роль в успехах в «узком» ИИ играет статистическое обучение. Такие системы, как Predict, которые ранее считались системами принятия решений на базе статистики, теперь можно с полным основанием именовать ИИ[150].

Многие из вышеописанных проблем сводятся к алгоритмам, моделирующим только связи и не имеющим понятия о процессах, лежащих в основе. Джуда Перл, благодаря которому повысилось внимание к причинным связям в ИИ, утверждает, что такие модели позволяют всего лишь отвечать на вопросы типа «Мы наблюдаем X, чего мы можем ожидать от следующего наблюдения?» В то же время общий ИИ нуждается в причинно-следственной модели того, как реально функционирует мир, что позволило бы ему отвечать на вопросы человеческого уровня, касающиеся результатов вмешательства («Что будет, если мы сделаем X?») и контрфактуального мышления («Что было бы, если бы мы не сделали X?»). Пока мы весьма далеки от искусственного интеллекта, обладающего такой способностью.