Исследования
Будущее, которое уже наступает
Представьте человека, у которого дома, в одиночестве, развивается острый коронарный синдром и который носит устройство непрерывного мониторинга жизненно важных показателей. Обнаружив критические изменения, например отклонения на электрокардиограмме или снижение уровня кислорода, устройство автоматически инициирует экстренную помощь. За считанные секунды система находит и направляет ближайшую свободную бригаду скорой помощи, учитывая в реальном времени дорожную обстановку и возможности больниц.
Во время транспортировки устройство непрерывно передаёт ключевые данные о пациенте, позволяя оперативно пересматривать широкий круг медицинских и логистических решений. Если состояние пациента ухудшается, больница получает предупреждение для подготовки отделения интенсивной терапии. По прибытии прогностические модели помогают принимать решения, обеспечивая наилучший возможный исход при максимально эффективном использовании ресурсов здравоохранения.
Наша миссия и видение
Наша долгосрочная цель — создать систему принятия решений в здравоохранении, которая улучшит клинические и общественно-медицинские решения на уровне отдельных людей и населения, объединяя биостатистику, цифровые технологии здравоохранения и исследование операций.
Сейчас мы разрабатываем статистические методы и методы искусственного интеллекта для сложных клинических задач, связанных с непрерывными, высокочастотными данными о здоровье, поступающими в реальном времени. Мы хотим, чтобы эти методы не только отвечали на существующие медицинские вопросы, но и помогали определять самые важные из них. Какой рацион лучше всего подходит конкретному человеку? Сколько физической активности необходимо для здорового старения и долголетия? Как должны меняться эти рекомендации в зависимости от клинического профиля, биологии, окружающей среды и образа жизни человека?
Для решения этих задач мы объединяем современные методы статистического ИИ для причинного вывода, анализа выживаемости, оценки неопределённости и генеративного моделирования со случайными эффектами, развивая статистическое обучение для неевклидовых случайных объектов. Тщательное планирование исследований и вычислительная масштабируемость имеют здесь ключевое значение. Мы стремимся создавать математически строгие и одновременно вычислительно эффективные методы, применимые в масштабе населения, ориентируясь на такие биомедицинские ресурсы, как UK Biobank, All of Us Research Program, Human Phenotype Project и NHANES.
Хотя многие методы, публикуемые в ведущих методологических журналах, отличаются математической строгостью и технической корректностью, они не всегда учитывают сложности и гипотезы, возникающие при работе с реальными клиническими данными. Поэтому наши исследования опираются на конкретные биомедицинские вопросы и практические задачи. Развивая эту область, мы создаём методы, учитывающие структуру данных, реалии клинической практики и важнейшие решения, с которыми сталкиваются пациенты, врачи и системы здравоохранения.
Семь основ нашей исследовательской программы в цифровом здравоохранении
Наши семь статей представляют собой существенный методологический и концептуальный вклад в развитие цифрового здравоохранения.
Введение понятия глюкоплотности (glucodensity) — первый шаг к созданию более сложных цифровых фенотипов с помощью анализа функциональных и распределительных данных. Этот подход открывает новые направления биологических открытий и позволяет эффективнее использовать непрерывную информацию с новых медицинских устройств, не сводя её к небольшому набору скалярных показателей.
Введение многомерной глюкоплотности стало следующим концептуальным шагом в анализе физиологии человека. Клинические данные теперь рассматриваются не только как отдельные числа, но и как сложные объекты, близкие по своей природе к медицинским изображениям. Динамику лежащих в их основе физиологических процессов можно объединить в единой распределительной модели глюкоплотности.
Совместная работа с Ciprian Crainiceanu над моделями со случайными эффектами для данных глюкоплотности переносит эти идеи на продольные исследования длительностью в недели, месяцы и годы. Эта работа создаёт новую основу для использования цифровой информации в клинических испытаниях, позволяя повысить статистическую мощность и выявлять новые, более значимые продольные биомаркеры.
Вместе с Mateo Cámara, мы предлагаем первую общую систему моделирования со случайными эффектами в метрических пространствах, обеспечивающую единый подход к анализу разных типов статистических объектов в клинических исследованиях. Большая часть информации в цифровом здравоохранении почти непрерывна во времени, измеряется в нескольких временных масштабах и естественным образом имеет многоуровневую структуру. Наш подход впервые даёт общий аналитический способ моделировать эти сложные источники вариации в более широкой математической постановке.
Подход к количественной оценке неопределённости в метрических пространствах, разработанный совместно с Gábor Lugosi, имеет важное методологическое значение, поскольку даёт формальный метод калибровки и оценки условного покрытия без жёстких требований к гладкости. Одновременно он создаёт более общую основу оценки неопределённости для биомаркеров будущего, которые всё чаще будут представлены распределениями, функциями, изображениями, сетями и другими сложными неевклидовыми случайными объектами.
Работа с моими китайскими коллегами — Mingyang Yi, Zhiming Ma, а также Ruoyu Wang— над диффузионными моделями и ошибками измерений позволяет учитывать неопределённость измерений при принятии биомедицинских решений. Основная идея состоит в использовании общих методов генеративного искусственного интеллекта в классических статистических схемах учёта ошибок измерений, чтобы непосредственно включать в анализ погрешности датчиков, клинических измерений и других биомедицинских технологий.
Наконец, успех новой эпохи данных будет также зависеть от разработки новых планов экспериментов и выборочных исследований. В совместной работе с Yating Zou и Michael Kosorok, мы предлагаем новую методологию случайного леса для данных обследований со сложным дизайном выборки. Метод имеет важные следствия для статистического вывода, поскольку процедура бутстрэпа применяется на уровне узлов. Это открывает новые теоретические возможности для улучшения машинного обучения при сложных схемах выборки и одновременно даёт обоснованный способ использовать крупные массивы данных о здоровье, сохраняя корректность выводов для целевой популяции.
Вместе эти работы определяют основные направления нашей исследовательской программы: новое представление цифровых данных о здоровье, продольное и многоуровневое моделирование, оценку неопределённости, коррекцию ошибок измерений с помощью генеративного ИИ и статистически корректный вывод на основе сложных биомедицинских исследований.
Результаты исследований прошлых лет
2026
2025
2024
2021