哈佛教授拿疑难病例考GPT-4:随机100个医生,未必有1个比它强
E24: The AI Revolution in Medicine with Dr. Isaac Kohane of Harvard Medical School
哈佛医学院生物医学信息学系主任 Zak Kohane 讲述 2022 年提前接触 GPT-4 的经历及其对医疗的判断。
一个新生儿,阴茎根部有个开口,双侧睾丸摸不到。这种病例罕见到多数医生一辈子碰不上几次。哈佛医学院生物医学信息学系主任伊萨克·科哈内(Isaac Kohane,圈内人都叫他Zak)把它丢给GPT-4,问下一步该做什么。模型一步步往下推:影像检查、激素检查,他每给一步结果,它就接着走,最后给出分子层面的诊断:11-羟化酶缺乏症。
科哈内后来说,随机遇上100个医生,如果有一个能在这类病例上做得比它好,他会觉得意外。
说这话的人有资格。他瑞士长大,美国读大学,生物学专业却迷上了计算机。医学院毕业后他发现临床医学崇高,但科学应用不佳,转身去读了计算机科学博士,赶上1980年代AI的黄金期,又眼看着它跌进寒冬。之后他完成儿科内分泌专科训练,回哈佛先做儿科教授,后来创办生物医学信息学系并担任系主任。他还是NEJM AI的创办人,新英格兰医学杂志的子刊,专门解决一件事:怎么给医疗AI做临床级验证。美国专门啃疑难杂症的“未确诊疾病网络”,协调中心的首席研究员也是他。
2022年秋天,ChatGPT还没发布,他成了极少数提前拿到GPT-4的人。2023年,他和微软研究院负责人彼得·李、科技记者凯莉·戈德堡合著的《The AI Revolution in Medicine》出版,Sam Altman亲自写前言。播客Cognitive Revolution的主持人Nathan Labenz是个创业者兼AI投资人,自称常被网友叫“AI炒作男孩”,这次他给了一个很高的评价:这是他见过的学术界对现代AI应用最好的实操研究。
一通保密电话,和“我说不出话”的那一刻
彼得·李打来电话,先提条件:这件事不能对任何人讲,为了打这通电话,他自己拿到了公司最高层级的许可。这位微软研究院负责人早年在卡内基梅隆当过计算机系主任,懂学术界那套逻辑。他给科哈内看了GPT-4能做什么,又给了他直接使用的权限。
科哈内的第一反应,用他自己的话说,“我的语言失效了”。他自认是个能说的人,那一刻说不出话。
我不惊讶这种事会发生,但我不敢相信它现在就发生了。我本来预计这至少还要五年。
几天之内他想明白了两件事。第一,它会先改造医疗的后端:计费、报销、检查审批,这些医生最烦的行政流程。第二,它会改变患者端的力量对比。"Dr. Google"这个词流行了很多年,患者搜到的信息大量是错的,可他们没有更好的选择。有个能对话的东西,只要最后还有真人医生把关,已经比现状好太多。GPT-3.5那会儿,已经有人在拿它给自己看病,美国如此,全世界如此。
他说,一项变革性技术闯进医学这个保守行业,会改写一些重要的权力关系。阻力一定会有,一部分来自对准确性和偏见的真实担忧,另一部分来自利益。他用了“圣牛”这个词:靠控制医疗信息流动赚钱的人,不会欢迎一个告诉你“手术有五个替代方案”的模型。患者拿着这五条去找第二个医生,第一个提手术的医生不会高兴。这样的对话,未来会有几百万场。
研究方法:别信任何人的结论,包括书里的
Nathan自己也有过同样的时刻。他通过OpenAI的客户预览计划拿到GPT-4,第一晚熬了个通宵,一个测试接一个测试。他问科哈内,震惊过去之后,怎么系统地研究它。
科哈内的答案朴素到近乎无聊:上手,用真实场景把它跑个遍。
- 他和合著者试了几百个临床场景,从初诊筛查到治疗方案,再到生成计费编码,写进书的只是少数。
- 他问朋友最近问过医生什么问题,拿这些问题去考模型。
- 研究任务也一样,把临床研究和基础研究的每个环节列在纸上,一条一条测。有些领域它完全没准备好,有些表现出色。
书里有句话被Nathan反复引用:“要真正理解GPT-4,你得用它,跟它一起生活。读再多资料、听别人描述再多,也说不出坐过山车是什么感觉,跟GPT-4互动也一样。”Nathan补了一句:现在这个阶段连像样的理论都还没有,人们管它叫“前范式时期”,这正是笨办法的用武之地。
科哈内甚至为验证这件事创办了NEJM AI,因为没人说得清临床级验证该由社会里的哪个环节来完成。他的建议对所有行业通用:别让其他人告诉你它能干什么,自己上手,你会同时看到它强得离谱的地方和弱得离谱的地方。
四种范式:为什么“当药来试验”和“当考生来测验”都走不通
书里给出四种把GPT-4接入医疗的思路:当药做试验(the trial)、当考生做测验(the trainee)、当搭档(the partner)、当先锋(the torchbearer)。前两种最符合直觉,也最贴合现有监管习惯,科哈内认为恰恰是它们行不通。
先说试验。过去十年,卷积神经网络在医学影像上很成功,视网膜病变筛查、胸片肺炎识别,都能定义清楚:入组什么患者、成功标准是什么、随访终点怎么算,FDA连这类AI工具都批过。GPT-4复制不了这套流程,原因有四个。
第一,它覆盖全部医学。对话从咳嗽开始,几轮之后可能滑向任何疾病的任何诊疗环节,试验就得覆盖所有病种,几十万患者起步。第二,结果无法复现。2020年初,各家医院用AI预测新冠重症,相隔几百英里的两家医院,模型表现完全不同,因为患者构成不同,肥胖率、种族比例都不一样。波士顿验证出的效果,搬到初级保健几乎为零的地区,数字对不上。第三,模型在变。他明确说,2023年4月他手里的GPT-4,跟2022年10月那个已经不是同一个了。药物是静态的,成分锁死才能做试验,万亿参数的模型做不到。第四,试验会被污染。给一家医院系统GPT-4,另一家不给,医生和患者自己就会用上,双盲设计几乎不可能成立。
Nathan举了个几十年前兰德公司的医疗试验当参照:一部分人享受免费医疗,另一部分维持原状,观察几年看结果。科哈内夸他怀疑精神满分,然后说,真做起来,结果没法入账。差异到底来自GPT-4,还是来自两个医疗系统本身的差别?医疗现在远非标准化,营利医院、非营利医院、学术医院、社区医院,经济模型各不相同,美国国内不同地区都差别巨大。当然,GPT-4可以收窄用途去做单一筛查,但那种活儿专用模型可能干得更好,它的价值恰恰在通用性和语言能力上。
再说考试。GPT-3一年前在美国医师执照考试(USMLE)上表现很差,GPT-4已经顶尖。听起来可以发执照了。科哈内的提醒是,考试默认了一批人类共享的常识和价值观,模型没有。他举了个例子:癌症患者六个月后要参加一场婚礼,可能宁愿选生存率低一点、但副作用小、能体面出席的方案。这种权衡需要一场对话,今天的模型做不了。
它同时比任何你见过的人都聪明,又比任何你见过的人都笨。(彼得·李)
那个老笑话他也没放过:班里成绩最差的毕业生叫什么?叫医生。科哈内相信,GPT-4在成绩后半段的医生手里,能把他们拉到接近前半段的水平,这本身就是医疗质量的巨大提升。但前提是有人在旁边。他保证,去掉人类环节,一定会出问题。哪怕一个智商100的普通人,身上也带着大量共享的价值观和默契,这些没法默认GPT-4也有。他说,也许等GPT-7装进机器人跟我们一起生活,才可能习得这些东西。
还有一个容易被忽略的观察:懂得越多,能从GPT-4那里得到的越多。问题问得聪明,答案就给得聪明。
搭档模式:没有医生该离开这个助手
他当住院医那会儿有个传统:门诊结束,一群医生坐下来把病人过一遍,有人说“你考虑过这个吗”,然后真的打电话给病人改方案。这种复盘实实在在地提升了医疗质量,后来因为医疗的经济压力消失了,医生连坐在一起的时间都没有。
科哈内认为GPT-4能把这个消失的环节带回来。它旁听医患对话、读病历,随时插话:这个你考虑过吗?琼斯太太不是已经做过这个检查,别重复开。有个新药效果是原来的两倍,毒性更低,要不要换?模型走向多模态之后,它还能看片、听诊,接住人类因为疲劳和疏忽漏掉的东西,也能帮你认出那些“本该多看一眼”的患者。
医学知识更新快到什么程度?基因组学这些新领域,有时患者比医生懂得还多。他直接说,没法强制医生去读最新文献,甚至没法强制他们为患者Google一下。但一个一直在听的智能体,能给患者多加一层把关。
他的结论值得整段引用:
没有医生应该没有它。他们该有这样一个助手:一丝不苟,知识永远最新,永远警觉,有时会出错,而你在场评估它。如果我是患者,我会希望我的医生有这个东西。
Nathan转述了书里的判断:GPT-4在临床上已经是“超人”水平,很快,没有这类辅助就接受的医疗建议,会被视为不达标。权力关系会跟着变,患者端拿到同等级的专家知识,医疗系统被迫提升质量。
需求端的孤独也是真的。有实际健康问题的人,能说话的人很少,初级保健就诊只有10到15分钟,问题答不完,下一个问题要再等六个月,等到时病情已经更重。1970年代的ELIZA,一个只会把你说过的话换个说法反弹回来的程序,开发者魏泽鲍姆自己的秘书都会锁上办公室的门跟它聊天。Replika做了多年陪伴AI,CEO上Nathan的另一档节目时说,哪怕系统很简陋,对孤独的人也意义重大。科哈内觉得这既暖心又吓人,需求摆在那里,技术只会更猛。
它还做不到的事,和未来五到十年
第四种范式,先锋模式:AI能不能独立提出可检验的科学假说?书里的答案是目前不能。科哈内解释了卡在哪里:它学的是人类谈论过的东西。人类谈得多的领域,它能做不错的理论构建;人类没怎么谈过的领域,它连该要什么数据都不知道。他的原话是,这一代模型“语言上至尊,科学上不是”。
但边缘地带它能给人惊喜。他主管的未确诊疾病网络,斯坦福、哈佛、贝勒、杜克等多家顶级医院参与,大约34%的病例能找到答案,给患者带来实质改变。他拿这个网络都没解决的病例考GPT-4:患者五个基因上都有突变,哪个是致病基因?模型选中的那个,正是团队后来用果蝇模型等基础研究验证过的那个。这算不上独立的理论构建,但已经站在已知知识的毛边上干活了。
未来五年的路线图,他给了三块。
第一,医院级定制。用Pinecone这类向量数据库做嵌入,把本院患者群体的多维数据做成知识库,挂在通用模型旁边,让答案贴合本院的实践。前面说的“各医院患者构成不同”,这是最直接的解法。
第二,语音。医生职业倦怠的第一大来源,是他们被逼成了文书员。全程多说话人语音识别,结合患者既往病历,自动生成初稿病历,医生看一眼确认,再分别发给患者、转诊医生和保险公司。这块他连科幻想象都不用,就是下一步。
第三,科学发现。AlphaFold已经用氨基酸序列这门“语言”解出了几乎所有蛋白质结构,正被用来理解小分子如何对接,DeepMind在推进大分子相互作用。他判断,五年内药企就能用模型预测:一堆候选化合物里,哪些更可能带着疗效和可控的副作用走完一二三期临床。5到10年内,模拟一个细胞会成为可能。至于科幻场景,一个癌症患者带着胚系和肿瘤的突变清单,问该用什么药,没有药就问该开发什么药,他估计10到15年,也许更早。
数据归谁,AI为谁工作
Nathan问了一个少有人讨论的问题:AI到底为谁工作?医院有医院的AI,医生有医生的,患者有自己的?
科哈内的判断:中长期会出现分属不同阵营的AI,保险公司的AI、医院的AI、患者的AI,各自成市场。作为个人,他希望对齐患者的那个得到最多公共支持。逻辑很朴素:如果AI对齐的是我,我愿意把数据给它,就像我愿意让医生把我的病历拿去请同行会诊。
他参与过Apple Health的早期工作。苹果已经跟800家医院建立了连接,每月还在增加几百家,用户能下载自己的用药、化验、诊断、手术记录,临床笔记也快了。让患者知情同意后贡献数据,是获得最大信任的路径。数据从患者手里流向对齐患者的AI,起点就比从利益不一致的机构流出干净得多。
明天就能做的三件事
- 不管干哪行,别靠评测文章下结论。拿自己工作里真实的20个问题去测它,记下哪里强、哪里翻车。科哈内测了几百个场景,他的判断才站得住。
- 问得越内行,收获越大。懂行的人问出懂行的问题,才能榨出懂行的答案。把它当搭档,先把自己的专业知识带进对话。
- 保留人的判断。模型可以补漏、提醒、更新知识,但涉及个人价值观的权衡,比如那个“六个月后的婚礼”,今天只有人能谈。科哈内保证过,没有人类环节,一定会出问题。
普通人还有一件顺手就能做的:打开手机里的健康App,看看自己的数据在不在里面。未来几年,谁来保管你的健康数据、喂给对齐谁的AI,会从抽象问题变成每个患者的具体选择。
Nathan sits down with Professor Zak Kohane, the Chair of the Department of Biomedical Informatics at Harvard Medical School, and co-author of the new book, The AI Revolution in Medicine, for which Sam Altman, OpenAI’s CEO wrote the foreword to the book.
Professor Kohane was among a select few people to receive early preview and research access to GPT-4 in the fall of 2022, and his approach to exploring and characterizing how AI is about to transform medicine.
The book is out May 13, 2023 and can be ordered here (or on Amazon by searching for "The AI Revolution in Medicine")
Regardless of the field you're in, Dr. Kohane's combination of deep immersion, enthusiastic exploration, pragmatic optimism, risk awareness, realism, and forward-thinking vision make this a worthy example for others to study and emulate.
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TIMESTAMPS:
(00:00) Episode preview
(05:29) Dr. Isaac Kohane’s story
(15:00) Sponsor: Omneky
(16:29) Advice to others thinking of applying AI to their own disciplines
(20:33) The tension of using AI in medicine
(25:04) The Trial Paradigm of AI
(31:15) Is it possible to use GPT as a healthcare provider in population studies?
(34:14) The Trainee Paradigm of AI
(36:09) The Partner Paradigm of AI and how doctors should use AI
(40:33) AI provided interaction and how that can improve patient care
(42:26) The Torchbearer Paradigm of AI
(42:59) Can GPT independently conduct medical research?
(46:58) The future for impactful use cases of AI in medicine
(51:04) Integrating AlphaFold into language models
(54:10) AI-alignment and patient data in medicine
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