Χρησιμοποιώντας μια υπολογιστική προσέγγιση που βασίζεται στη μηχανική «βαθιά» εκμάθηση, επιστήμονες με επικεφαλής έναν Έλληνα ερευνητή, ανέπτυξαν ένα νέο σύστημα, το οποίο μπορεί να ταυτοποιεί τα είδη και τις μορφές των ερυθροκυττάρων (ερυθρών αιμοσφαιρίων) ενός ασθενούς. Τα ευρήματα, που δημοσιεύθηκαν στο PLOS Computational Biology, θα μπορούσαν ενδεχομένως να βοηθήσουν τους γιατρούς να παρακολουθήσουν άτομα με δρεπανοκυτταρική νόσο και με άλλες παθήσεις που αλλοιώνουν την μορφολογία των ερυθροκυττάρων.

Ένα άτομο με δρεπανοκυτταρική νόσο παράγει ασυνήθιστα σχηματισμένα, σκληρά ερυθρά αιμοσφαίρια που μπορούν να δημιουργήσουν και να μπλοκάρουν αιμοφόρα αγγεία προκαλώντας πόνο και μερικές φορές θάνατο. Τα ερυθροκύτταρα δεν έχουν μόνο μορφή δρεπανιού, αλλά και άλλα σχήματα, όπως οβάλ ή επιμήκη αιμοσφαίρια. Τα διάφορα αυτά σχήματα, που ποικίλουν από ασθενή σε ασθενή, δίνουν ενδείξεις για τη σοβαρότητα της νόσου, αλλά είναι δύσκολο να ταυτοποιηθούν χωρίς τη βοήθεια υπολογιστή.

Για να αυτοματοποιήσουν την όλη διαδικασία, οι ερευνητές, με επικεφαλής τον καθηγητή εφαρμοσμένων μαθηματικών Γιώργο Καρνιαδάκη του Πανεπιστημίου Μπράουν του Ρόουντ Άιλαντ, που έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο περιοδικό υπολογιστικής βιολογίας PLoS Computational Biology, χρησιμοποίησαν ένα «βαθύ συνελικτικό νευρωνικό δίκτυο» (deep convolutional neural network), το οποίο αναλύει τις εικόνες του αίματος που έχουν ληφθεί από το μικροσκόπιο και κατηγοριοποιεί τα ερυθροκύτταρα ανάλογα με το σχήμα τους. Το σύστημα δοκιμάσθηκε με μεγάλη επιτυχία στην ανάλυση 7.000 εικόνων μικροσκοπίου από οκτώ ασθενείς με δρεπανοκυτταρική αναιμία.

«Δημιουργήσαμε το πρώτο εργαλείο βαθιάς μάθησης, που μπορεί αυτόματα να ταυτοποιήσει και να ταξινομήσει την ποικιλία των ερυθροκυττάρων, με αυτό τον τρόπο παρέχοντας άμεσες ενδείξεις για τη σοβαρότητα της νόσου» δήλωσε ο Καρνιαδάκης.

Οι ερευνητές σκοπεύουν να βελτιώσουν περαιτέρω το σύστημά τους και να το δοκιμάσουν και σε άλλες παθήσεις του αίματος, που αλλοιώνουν την μορφολογία και το μέγεθος των ερυθροκυττάρων, όπως ο διαβήτης και ο ιός HIV. Ακόμη, προτίθενται να μελετήσουν κατά πόσο θα μπορούσε να αξιοποιηθεί για την αυτόματη ταυτοποίηση των καρκινικών κυττάρων. Στη νέα μελέτη συμμετείχε και ένας ακόμη Έλληνας επιστήμονας της διασποράς, ο Δημήτρης Παπαγεωργίου του Τμήματος Επιστήμης και Μηχανικής των Υλικών του Πανεπιστημίου ΜΙΤ της Βοστώνης.

Ο Γιώργος Καρνιαδάκης αποφοίτησε από τη Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών του ΕΜΠ το 1982 και πήρε το διδακτορικό του από το ΜΙΤ το 1987. Μετά από μεταδιδακτορική έρευνα στο Κέντρο Ames της NASA και αφού δίδαξε στα πανεπιστήμια Πρίνστον και Caltech, έγινε καθηγητής εφαρμοσμένων μαυθηματικών στο Πανεπιστήμιο Μπράουν, ενώ παράλληλα διδάσκει στο ΜΙΤ.