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Sistema IA ayudará a médicos a filtrar diluvio de información científica sobre COVID-19

Un clasificador de texto basado en redes neuronales profundas que permite ayudar a categorizar automáticamente diferentes tipos de artículos médicos y a gran escala: del orden de miles a cientos de miles. En esto trabajó Andrés Carvallo, investigador de doctorado del Departamento de Ciencia de la Computación (DCC) de la U. Católica, financiado por el Instituto Milenio Fundamentos de los Datos (IMFD), y bajo la supervisión de su tutor Denis Parra, profesor asociado del DCC UC e investigador adjunto del IMFD.

Andrés Carvallo, investigador de Doctorado de la P. Universidad Católica y del Instituto Milenio Fundamentos de los Datos.

Este desarrollo, que consiste en un sistema de inteligencia artificial (IA), será incorporado a la plataforma de Fundación Epistemonikos: organización dedicada a acercar la evidencia científico-médica a la ciudadanía y las autoridades, promoviendo la toma de decisiones informadas en salud, a través de la medicina basada en evidencia.

“Esta tarea es vital para el trabajo que hace la fundación, especialmente en el contexto actual de la pandemia por COVID-19. Con este sistema podrán revisar con mayor rapidez y efectividad qué dice la ciencia en relación a formas de contagio, síntomas, tratamientos y diferentes aspectos de la enfermedad”, explica Denis Parra.

Denis Parra, académico de la P. Universidad Católica e investigador adjunto del IMFD.

El investigador añade que esta tarea “se ha vuelto muy agobiante debido al diluvio de artículos científicos durante los últimos meses, que reportan investigaciones en esta área”. De hecho, un reciente artículo de la revista Science (Scientists are drowning in COVID-19 papers. Can new tools keep them afloat?) indica que se trata de un problema a nivel mundial y que se espera que las herramientas de IA ayuden en este desafío.

El Dr. Gabriel Rada, fundador y presidente de Epistemonikos, destaca la importancia del trabajo colaborativo, no sólo en lo académico o clínico, sino también en desarrollo tecnológico. “Para nosotros tiene un valor tremendo colaborar con otros expertos en inteligencia artificial, pues nos permite estar en la frontera de esta disciplina, cuyo rol es fundamental para varios de los procesos detrás de nuestras herramientas”, asegura el Dr. Rada.

Doctor Gabriel Rada, académico de la P. Universidad Católica, fundador y presidente de Epistemonikos.

“El complemento entre tecnología de punta y colaboración de una amplia red de expertos, nos permite ofrecer la mayor fuente de evidencia sobre COVID-19 a nivel mundial, con lo que avanzamos hacia nuestro objetivo de promover mejores decisiones, en lo individual y colectivo, basadas en evidencia sólida y segura”, agrega el académico especialista en medicina basada en evidencia.

El trabajo colaborativo ha sido clave, coincide Parra: “La participación del equipo de Epistemonikos, encabezado por el doctor Gabriel Rada, junto a los ingenieros Daniel Pérez, Juan Ignacio Vásquez y Camilo Vergara, ha sido fundamental en este resultado”.

El arte de la clasificación de documentos

El método de clasificación desarrollado por Andrés Carvallo y Denis Parra tiene como entrada un artículo médico, y como salida “la probabilidad del tipo de documento médico”, indica Parra, quien ejemplifica con algunos tipos de salida como “revisión sistemática, estudio primario aleatorizado, síntesis amplia, estudio primario no aleatorizado, y excluido”. El sistema creado “representa el texto de entrada, es decir, título y resumen de los artículos médicos, usando un modelo reciente de representación de texto llamado XLNet. La representación de XLNet es usada luego como entrada a un modelo de clasificación tradicional”, detalla Andrés Carvallo.

Parra destaca que este modelo ha funcionado mejor que otros modelos de estado del arte recientes, como BERT. La razón, explica, es que “XLNet es capaz de procesar textos mucho más largos de entrada, mientras que BERT obliga a limitar la cantidad de palabras de entrada del modelo”. Estos insights, señala el académico, “provienen de la colaboración con otros investigadores del IMFD como Jorge Pérez, Álvaro Soto, Hans Lobel y Marcelo Mendoza, con quienes nos juntamos semanalmente para revisar y discutir los últimos artículos del área, así como nuestra propia investigación”. Estos investigadores son parte del proyecto emblemático Inteligencia artificial con explicación, del IMFD.

Colaboraciones: clave de los avances

La colaboración de los investigadores con Fundación Epistemonikos data de 2017. Inicialmente desarrollaron investigación conjunta en un sistema que permite encontrar automáticamente artículos con respuestas a preguntas médicas, utilizando de la forma más eficiente posible la expertise de médicos para etiquetar documentos, con técnicas de aprendizaje automático o machine learning (ML, sus siglas en inglés) como relevance feedback y posteriormente active learning. A diferencia del aprendizaje supervisado tradicional en ML, que requiere una gran base de datos con preguntas y documentos ya etiquetada, tanto relevance feedback como active learning son técnicas que utilizan de forma incremental e interactiva el conocimiento de expertos -médicos especialistas- de forma de “ahorrarles trabajo” para alimentar y entrenar estos sistemas de IA/ML.

Andrés Carvallo es estudiante de Doctorado en Ingeniería, con mención en Ciencia de la Computación en la U. Católica. Sus áreas de interés son la recuperación de información, minería de texto, sistemas recomendadores y desarrollo de algoritmos de aprendizaje de máquina, con explicaciones visuales.

Su proyecto de tesis se relaciona con la revisión automática y explicable de papers médicos para mejorar la eficiencia en la práctica de medicina basada en la evidencia. En la actualidad forma parte de laboratorios de investigación IALab UC -el laboratorio de IA del DCC de la U. Católica-, y SocVis -Social Computing & Visualization Group- de la misma universidad.

Si quieres conocer más sobre el trabajo de Parra y Carvallo en Active Learning, revisa este enlace: https://link.springer.com/article/10.1007/s11192-020-03648-6

El sistema permite revisar de forma rápida y efectiva la evidencia sobre formas de contagio, síntomas, tratamientos y otros aspectos de la enfermedad.
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