Badania
Przyszłość, która już się dzieje
Wyobraźmy sobie osobę, u której podczas samotnego pobytu w domu występuje ostry zespół wieńcowy i która nosi urządzenie stale monitorujące parametry życiowe. Gdy urządzenie wykrywa krytyczne zmiany, takie jak nieprawidłowy elektrokardiogram lub spadek poziomu tlenu, automatycznie uruchamia procedurę ratunkową. W ciągu kilku sekund system lokalizuje i wysyła najbliższą dostępną karetkę, uwzględniając w czasie rzeczywistym ruch drogowy oraz możliwości szpitali.
Podczas transportu urządzenie nieprzerwanie przekazuje istotne dane pacjenta, umożliwiając bieżące dostosowywanie decyzji medycznych i logistycznych. Jeśli stan pacjenta się pogarsza, szpital otrzymuje powiadomienie pozwalające przygotować oddział intensywnej terapii. Po przyjeździe modele predykcyjne wspierają podejmowanie decyzji, pomagając osiągnąć najlepszy możliwy wynik przy jak najefektywniejszym wykorzystaniu zasobów ochrony zdrowia.
Nasza misja i wizja
Naszym długoterminowym celem jest stworzenie ram podejmowania decyzji w ochronie zdrowia, które będą wspierać lepsze decyzje kliniczne i w zakresie zdrowia publicznego na poziomie jednostki i populacji poprzez połączenie biostatystyki, cyfrowych technologii zdrowotnych i badań operacyjnych.
Obecnie opracowujemy metody statystyczne i metody sztucznej inteligencji dla złożonych problemów klinicznych obejmujących ciągłe, wysokoczęstotliwościowe dane o zdrowiu dostępne w czasie rzeczywistym. Chcemy, aby metody te nie tylko odpowiadały na istniejące pytania medyczne, ale także pomagały identyfikować pytania najważniejsze. Jaka dieta jest najlepsza dla konkretnej osoby? Ile aktywności fizycznej potrzeba, by wspierać zdrowe starzenie się i długowieczność? Jak powinny zmieniać się te zalecenia zależnie od profilu klinicznego, biologii, środowiska i stylu życia danej osoby?
Aby odpowiedzieć na te pytania, łączymy nowoczesne metody statystycznej AI do wnioskowania przyczynowego, analizy przeżycia, kwantyfikacji niepewności i modelowania generatywnego z efektami losowymi, rozwijając uczenie statystyczne dla nieeuklidesowych obiektów losowych. Staranny projekt badań i skalowalność obliczeniowa są kluczowe dla tej wizji. Naszym celem są metody matematycznie rygorystyczne, a jednocześnie wydajne obliczeniowo w skali populacji, przeznaczone do zasobów biomedycznych takich jak UK Biobank, All of Us Research Program, Human Phenotype Project i NHANES.
Choć wiele metod publikowanych w czołowych czasopismach metodologicznych cechuje rygor matematyczny i poprawność techniczna, nie zawsze powstają one z myślą o złożoności i hipotezach związanych z rzeczywistymi danymi klinicznymi. Dlatego nasze badania opierają się na konkretnych pytaniach biomedycznych i wyzwaniach praktycznych. Rozwijamy dziedzinę poprzez metody odzwierciedlające strukturę danych, realia praktyki klinicznej i kluczowe decyzje stojące przed pacjentami, klinicystami i systemami ochrony zdrowia.
Siedem filarów naszego programu badań nad zdrowiem cyfrowym
Naszych siedem artykułów stanowi istotny postęp metodologiczny i koncepcyjny w dziedzinie zdrowia cyfrowego.
Wprowadzenie pojęcia glucodensity stanowi pierwszy krok ku tworzeniu bardziej złożonych fenotypów cyfrowych poprzez analizę danych funkcjonalnych i rozkładów. Podejście to otwiera nowe kierunki odkryć biologicznych i pozwala efektywniej wykorzystywać ciągłe informacje z nowych urządzeń medycznych, zamiast sprowadzać je do niewielkiej liczby miar skalarnych.
Wprowadzenie wielowymiarowego glucodensity stanowi kolejny krok koncepcyjny w analizie fizjologii człowieka. Dane kliniczne nie są już analizowane wyłącznie jako pojedyncze liczby, lecz jako złożone obiekty bliższe obrazom medycznym. Możemy teraz integrować dynamikę leżących u ich podstaw procesów fizjologicznych w jednolitych ramach rozkładowych glucodensity.
Wspólna praca z Ciprian Crainiceanu nad modelami efektów losowych dla danych glucodensity rozszerza te idee na badania podłużne trwające tygodnie, miesiące lub lata. Praca ta tworzy nowe ramy wykorzystania informacji cyfrowych w badaniach klinicznych, z możliwością zwiększenia mocy statystycznej i odkrywania nowych, bardziej istotnych biomarkerów podłużnych.
Wraz z Mateo Cámara, proponujemy pierwsze ramy modelowania efektów losowych w ogólnych przestrzeniach metrycznych, zapewniające jednolite podejście do analizy różnych typów obiektów statystycznych w badaniach klinicznych. Większość informacji zbieranych w zdrowiu cyfrowym jest niemal ciągła w czasie, mierzona w wielu skalach czasowych i ma naturalną strukturę wielopoziomową. Nasze ramy po raz pierwszy oferują ogólny sposób analitycznego modelowania tych złożonych źródeł zmienności w szerszym ujęciu matematycznym.
Ramy kwantyfikacji niepewności w przestrzeniach metrycznych, opracowane wspólnie z Gábor Lugosi, mają istotne znaczenie metodologiczne, ponieważ oferują formalną metodę kalibracji i oceny pokrycia warunkowego bez restrykcyjnych warunków gładkości. Jednocześnie otwierają ogólniejsze ramy kwantyfikacji niepewności dla biomarkerów przyszłości, coraz częściej reprezentowanych przez rozkłady, funkcje, obrazy, sieci lub inne złożone nieeuklidesowe obiekty losowe.
Praca z moimi chińskimi współpracownikami — Mingyang Yi, Zhiming Ma, a także Ruoyu Wang— nad modelami dyfuzyjnymi i błędem pomiaru otwiera możliwość uwzględnienia niepewności pomiarowej w podejmowaniu decyzji biomedycznych. Główna idea polega na wykorzystaniu ogólnych metod generatywnej sztucznej inteligencji w klasycznych statystycznych procedurach analizy błędu pomiaru, co pozwala bezpośrednio włączyć do analizy błędy czujników, pomiarów klinicznych i innych technologii biomedycznych.
Wreszcie powodzenie nowej epoki danych będzie zależeć również od rozwoju nowych schematów eksperymentów i doboru próby. We wspólnej pracy z Yating Zou i Michael Kosorok, proponujemy nową metodologię lasów losowych dla danych z badań o złożonym schemacie doboru próby. Metoda ma istotne znaczenie dla wnioskowania, ponieważ procedura bootstrap jest stosowana na poziomie węzłów. Otwiera to nowe możliwości teoretyczne poprawy działania metod uczenia maszynowego przy złożonych schematach losowania, a zarazem zapewnia uzasadniony sposób wykorzystywania dużych zbiorów danych o zdrowiu przy zachowaniu poprawnego wnioskowania o populacji docelowej.
Łącznie prace te wyznaczają główne filary naszego programu badawczego: nową reprezentację cyfrowych danych o zdrowiu, modelowanie podłużne i wielopoziomowe, kwantyfikację niepewności, korektę błędu pomiaru z wykorzystaniem generatywnej AI oraz statystycznie poprawne wnioskowanie na podstawie złożonych badań biomedycznych.
Dorobek badawczy z poprzednich lat
2026
2025
2024
2021