Appleは最近、ウェアラブル端末や個人用ポータブルデバイスの個人安全機能を拡張しました。これらの新機能は、システムに搭載された人工知能（AI）の能力を活用しています。しかし、これはほんの始まりに過ぎません。以前、ジョン・マルテラロ氏の「Particle Debris」コラムへのコメントで、AIを活用したこれらの個人安全機能の今後の方向性について述べました。これらの機能の一部は、現在Appleの新製品ラインに搭載されています。現在および近い将来に実現するAIのユースケースに基づき、公衆衛生を支援する近い将来実現すると思われる機能について、私の見解を述べさせてください。Appleやその他の企業が必ずこれを実行すると予測しているわけではありません。むしろ、顕著ではあるものの予防可能な罹患率や死亡率の要因を軽減するために、彼らが何ができるかを概説しているのです。

背景 

クパティーノを拠点とするAppleは、先日開催された「Far Out」イベントで、いくつかの新機能と強化されたAI機能を発表しました。これらの機能は、新型iPhoneとApple Watchの機能を拡張するものです。転倒検知や血中酸素飽和度、心拍数／リズムのモニタリングといった従来の安全機能に加え、Apple Watch Series 8に搭載された新しい3軸ジャイロスコープを活用した衝突検知機能も追加されました。この機能は、iPhoneのジャイロスコープと両デバイスのチップセットに搭載された加速度計を活用し、壊滅的なレベルの運動量の変化を検知します。これには、正面衝突、側面衝突、後方衝突、横転などが含まれます。

転倒検出機能と同様に、Apple WatchまたはiPhoneに搭載されたAIは、転倒を検知したことをユーザーに通知することで、公衆衛生上の懸念に対処します。その後、カウントダウンを開始し、ユーザーが大丈夫だと確認するか、カウントダウンを無効にするかを待ちます。それでもダメな場合は、デバイスは緊急サービスに通報して支援を求めます。さらに、新しいApple Watch Ultraでは、搭載AIがハイキングルートを記録します。これにより、道に迷うことを防ぐためのルート追跡が可能になります。（元ボーイスカウトだった私は、スカウトの師匠がこれを「チート」と見なすだろうと想像できます。師匠は、私たちが野外でのサバイバル活動を行う際には、この機能を無効にするように指示するでしょう。） 

公衆衛生における現在のAI応用

最近、世界保健機関（WHO）はパンデミック対策に関する国際会議を開催しました。発表の中には、パンデミック対策におけるAIの役割に関するものもありました。これらの応用には、COVID-19を引き起こすウイルスの過去の変異を利用して、ウイルスのACE受容体結合タンパク質の将来の変化を予測することが含まれます。この結合タンパク質は新たな変異体を定義するため、その変化を予測することで、研究者はワクチンの改良を予測し、準備することができます。また、AIを用いて新規病原体に対する有効性が高い治療薬を特定するという研究もありました。ここでの目的は、適切な動物およびヒト臨床試験を迅速化することです。これにより、研究者は従来の時間の無駄な試行錯誤による発見方法を回避できます。

さらにもう一つの例は、AIを用いて世界のホットスポットの疫学的予測を行うことです。これらのモデルを開発することで、各地域へのロジスティクス介入を準備することができます。これにより、医療提供者は最も効率的で費用対効果が高く、生命を守る介入アプローチを提供できます。次に、AIを用いて、どの病原体クラス（ウイルス、細菌、その他）が動物からヒトへ直接的または間接的（中間種を介して）に拡散する可能性が高いかを、発生確率と発生時期の順にモデル化し、予測します。さらにもう一つの例は、優先的に介入すべき高リスクグループを迅速に特定するなど、リアルタイムで流行をマッピングするものです。

これらの例は、健康アプリケーションを重視する Apple のような企業がどのような方向性を追求するかについての洞察を提供します。 

急性損傷

Appleの転倒と衝突検出機能は、世界中で外傷の大部分を占める2つの事象であり、素晴らしい第一歩です。AIに急性疾患や外傷に関連する他の異常パターンの検出を教えることもできます。例えば、ターゲティングプログラミングと機械学習を活用することで、失血やその他の症状によるショック状態と最もよく関連する末梢体温と心拍数の変化を読み取​​り、ユーザーに体調を尋ねるようにデバイスを学習させることができます。必要に応じて、デバイスはユーザーが反応しない場合に自動的に救急隊員に電話をかけることも可能になります。この評価には心拍リズムも含まれる可能性があります。

カメラとAIを活用した公衆衛生の改善

もう一つの可能​​性は、脳卒中の検出です。脳卒中が発生した場合の転倒検知（有効になっている場合は転倒検知が作動します）に加え、Appleデバイスにはカメラが搭載されています。私たちは、フロントカメラで画面を見つめる時間をかなり多く費やしています。眼球運動を用いて脳卒中の予測や診断を行う研究がいくつか進行中です。これらの研究が標準化されれば、Siriはこれらの技術を活用して、より多くの救命活動に活用できるようになるでしょう。

オペレーティングシステムは、カメラが目の前に座っているユーザーの顔と胴体を定期的に撮影できるようにする可能性があります。眼球運動の異常、顔や手足の左右対称性などにより、Siriはユーザーの発話を促すための質問を促されます。混乱、不明瞭、失語症などの音声パターンが単独またはこれらの他の兆候と併発している場合、Siriは緊急対応要員に通知し、ユーザーの位置情報を提供する可能性があります。

眼球運動の異常は、パーキンソン病などの神経変性疾患にも関連しています。デバイスに搭載された前方カメラは、こうした動きの多くを捉えることができます。AIの支援により、これらの疾患に関連する特徴的な異常眼球運動を検出できる可能性があります。このようにして、iPhoneはユーザーに疾患の発症の早期警告を提供できるようになります。脳外傷などの素因疾患や家族歴のある人は、このような機能を活用できる可能性があります。 

加速度計のさらなる活用

もう一つの選択肢として、例えば時計の加速度計を用いた強直性／間代性発作（けいれん）の検出が考えられます。これは、四肢や胴体の異常で痙攣的な激しい動きを特定することを含みます。このような機能があれば、AIはこの種のてんかんに苦しむ人々を支援し、介入しなければ永続的な脳損傷につながる可能性のある長時間の発作について、家族や救急隊員に通知することで、公衆衛生の向上に貢献できるでしょう。カメラと加速度計のこれらの用途は、急性疾患や死亡につながる一般的な4つの原因に過ぎません。センサーにわずかな変更を加え、内蔵の検出アルゴリズムをAppleがAIを活用した危機介入に活用できる可能性があります。これらの用途のほとんどは、ごく近い将来に実現可能になるはずです。 

即時予防介入

医師は、差し迫った病気や重大な事態を予測するために、様々な状態をモニタリングしています。例えば、クパチーノがApple Watchに血糖値モニタリング機能を搭載することに成功すれば、血糖値をモニタリングし、新たに糖尿病を発症する可能性のあるユーザーに警告を発することができるでしょう。これは間違いなく、糖尿病患者が血糖値をモニタリングし、生命を脅かす糖尿病性ケトアシドーシス（DKA）を予防するのに役立つでしょう。多くの人にとって、DKAは糖尿病の発症を初めて知らせる最初の兆候であり、介入が遅れるとしばしば致命的な結果を招くからです。 

センサーを追加してApple Watchの監視範囲を拡大

新しいセンサーが必要となる機能には、複数の用途が考えられます。例えば、匂いの検知です。犬に様々な急性感染症や慢性疾患を嗅ぎ分ける訓練を行う産業が存在します。これは、様々な疾患に関連する揮発性有機化合物（VOC）と呼ばれる特殊な有機化学物質の体内放出を利用しています。これらのVOCには、COVID-19を含む急性感染症、代謝疾患、遺伝性疾患、環境曝露などが含まれます。

例えば、手首に装着する別のグルコースセンサーにアセトンなどのVOC（揮発性有機化合物）の検出機能を追加すれば、糖尿病患者の糖尿病性ケトン症（DKA）の早期発見に役立つ可能性があります。現在、VOCの検出には大型で扱いにくい装置と複数のステップが必要です。Appleは、確率モデル化にAIを多用し、これらを独創的な方法で適応させる必要があります。糖尿病のような優先度の高い疾患に対処するには、まずケトン体などの単一の揮発性物質、あるいは揮発性物質のクラスに焦点を当てる必要があるかもしれません。まずは 小規模に始め、大きなメリットをもたらす重要な揮発性物質を1​​つ適切に検出し、必要に応じて拡張していく必要があります。 

これらの揮発性物質が人間の息から吐き出されるか、皮膚から滲み出るか、あるいは汗、尿、排泄物に含まれているかを問わず、それを検知するセンサーの開発と採用には、手首や携帯電話に装着するアプリケーションに適応するための改造が必要となるが、これは Apple のような十分なリソースと想像力に富んだ企業であれば見事に解決できる類の問題であり、それによって年間数百万人の命が救われる可能性がある。 

こうしたAIの活用は、ほとんどの場合、長期的なプロジェクト、投資、そしてテストを伴うでしょう。障害調整生存年数（DALY）におけるその恩恵は計り知れないものとなるでしょう。   

長期予防と前向きコホート研究への参加 

Apple Watchの現在の用途の一つとして、進行中の多くの前向き研究に参加する機会があります。心臓の健康、睡眠に関する研究、女性の健康に関する研究など、様々な研究が提供されています。センサーの性能が向上するにつれて、これらの研究の範囲は大幅に拡大するでしょう。これらのセンサーは、Apple Watchが提供できる様々な測定項目について、多くの場合、より信頼性が高く、長期間にわたる複数のサンプルから得られる高品質なデータを医師や科学者に提供します。測定に悪影響を与える可能性のある「白衣症候群」のような現象に悩まされることはありません。さらに、これらのデータは一日を通して収集できるため、概日リズムの様々な時点と相関関係を分析することで、より優れた予測モデルを構築することができます。 

ボランティアは近い将来、他の種類の疾病やアウトブレイクのマッピング演習に参加できるようになる予定です。これにより、感染症の蔓延方法と速度に関するモデルを改良し、感染症と非感染症の両方におけるその他の傾向を検知できるようになります。医療研究者や開発者は、これらのデータを活用して、現在よりも早期に、予期せぬ環境曝露を特定できるようになります。可能性は、私たちのデバイスの性能と想像力によってのみ制限されます。 

結論

ティム・クック氏は、Appleの最大の貢献はヘルスケア分野にあると述べています。既に利用可能なアプリケーションに加え、将来的にAI対応となる可能性のあるアプリケーションをいくつか挙げれば、これは決して誇張ではありません。Appleの全デバイスが機械学習を搭載したApple独自のSoCチップセットに切り替わることで、これらのデバイスはすべてユーザーの同意を得て稼働できるようになります。もちろん、ユーザーの同意は不可欠です。これまでAppleは、こうした機能の利用には一貫してオプトイン方式を採用してきましたが、ヘルスケア分野においては、これは倫理的に不可欠な要件です。 

Appleは、製品ラインナップ全体をARMチップセットに切り替えたことで、急性傷害への介入、即時、短期、長期の予防、そして多様なデバイスの組み合わせによる疾病傾向の早期発見といった、独創的なサービス提供能力を獲得しました。世界中に広がるAppleユーザー基盤を考えると、Appleは他に類を見ないグローバルなリーチを持つと言えるでしょう。これにより、これまで人類の歴史上、十分に評価されていなかった、これまで代表されていなかった集団や疾病・傷害に関する、より質の高いデータへのアクセスが可能になります。 

これはAppleにとって、世界の健康状態を改善する前例のない機会となる一方で、その影響が上記で示唆したほど広範囲に及ぶ場合、倫理的な問題が浮上する。つまり、こうした技術へのアクセスは、特にリスクの高い人々にとって、任意的なものと見なすべきか、それとも不可欠なものと見なすべきか、という問題だ。おそらくその頃には、原理実証が確立され、規模の経済によってこれらの技術は、今日の汎用スマートフォンのように、一般大衆に利用可能になり、この議論は完全に回避されているだろう。