Arquitetura de aprendizado federado.

O aprendizado de máquina para pesquisa de tumores está em desacordo com a privacidade do paciente? Não com aprendizado federado, diz a Intel

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Uma colaboração entre o Intel Labs e a Escola de Medicina Perelman da Universidade da Pensilvânia (Penn Medicine) está avançando na medicina diagnóstica através de uma arquitetura específica de aprendizado de máquina chamada aprendizagem federada. Ao contrário de outros modelos de aprendizado de máquina que enviam dados para um local centralizado, um fluxo de trabalho federado move um modelo para os dados para treinamento. A partir daí, ele se recompõe para criar um modelo global.

Esse modelo de aprendizado de máquina visa coletar dados valiosos em tumores benignos e malignos em vários hospitais, enquanto protege as informações do paciente.

Foco da Intel no aprendizado de máquina

Não é segredo que a IA exige bastante poder de processamento para operar com eficiência. A arquitetura da federação exige que alguns modelos funcionem simultaneamente e esses algoritmos podem estar analisando milhões de pontos de dados em escala – colocando uma pressão sobre o poder da computação.

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Arquitetura de aprendizado federado.

Arquitetura de aprendizado federado. 1 é compartilhamento de modelo local. 2 são atualizações globais de compartilhamento de modelo. Imagem usada cortesia da Intel

A Intel desenvolveu sua tecnologia de aprendizado de máquina nos últimos anos, equipando-a para esse empreendimento biomédico. Apenas dois anos atrás, a Intel compartilhou que mais de 50% dos clientes corporativos de IA se apoiavam em seus processadores Xeon. Podemos esperar uma implementação semelhante aqui no nível do colaborador. A Intel também comprou o Habana Labs em dezembro passado – em um esforço para reforçar suas ofertas de IA. Esse projeto de tumor cerebral pode ser o fruto dessa aquisição.

Como o hardware e o software da Intel conduzirão o projeto

O comunicado à imprensa informa que os data centers no local do projeto usarão o hardware da Intel. Outra tecnologia de destaque é a unidade de processamento visual (VPU) Movidius Myriad X da empresa, que oferece suporte a aprendizado profundo avançado e cargas de trabalho simultâneas. A Intel também oferece processadores de IA dedicados e matrizes de portas programáveis ​​em campo (FPGAs) para apoiar o aprendizado de máquina.

Chip Movidius Myriad X

Chip Movidius Myriad X. Imagem usada cortesia da Intel

O nGraph da Intel, a Data Analytics Acceleration Library e o PlaidML (entre outros) oferecerão suporte ao desempenho do lado do software.

A IA do tumor em breve será treinada a partir de um banco de dados abrangente, através do desafio da International Brain Tumor Segmentation (BraTS). Assim, os profissionais médicos podem acessar registros velados a partir dos quais podem ser obtidas idéias de pesquisa.

Captura de dados e privacidade: um ato de equilíbrio

Dizem que IA e privacidade têm um relacionamento antagônico. Um artigo da Fortune sobre privacidade e IA explica que a captura aumentada de dados pode abrir mais oportunidades para violações de segurança – e, no entanto, mais dados podem gerar maior sucesso nos algoritmos de aprendizado de máquina. A Intel e a Penn Medicine esperam enfrentar esse desafio com uma “precisão de 99%” em comparação com suas contrapartes não privadas. Essa garantia de confiabilidade pode realizar algumas coisas:

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  • Permite que os pesquisadores colaborem com menos restrições
  • Mantém os registros dos pacientes em sigilo sem possíveis violações da HIPAA
  • Garante que os futuros pacientes recebam cuidados precisos sem comprometer

Essa arquitetura de aprendizado federado garante que os dados não sejam processados ​​em um site vulnerável a violações ou ataques. O modelo viaja para os dados, retransmitindo atualizações de modelos localizados para um modelo globalizado. Este modelo centralizado evolui, tornando-se um híbrido de suas contrapartes localizadas.

A Intel e a Penn Medicine reconhecem que os hospitais abrigam bancos de dados seguros que estão mudando constantemente. Os pesquisadores podem compartilhar esses dados entre os locais de pesquisa sem o risco de interceptação.

IA e pesquisa do câncer

A Intel lançou recentemente um vídeo discutindo seu papel no desenvolvimento da IA, declarando explicitamente a pesquisa sobre o câncer como um de seus objetivos. Captura de tela usada, cortesia da Intel

À medida que cada modelo é exposto a mais dados, quaisquer alterações algorítmicas são transferidas sem comprometer as informações confidenciais do paciente.

Hospitais participantes da pesquisa de tumores orientados por IA

A Penn Medicine está liderando o esforço ao lado de uma coalizão de mais de 29 instalações globais de pesquisa e assistência médica. Algumas instituições notáveis ​​que iniciam a primeira fase incluem:

  • Hospital da Universidade da Pensilvânia
  • Universidade de Washington em St. Louis
  • Centro Médico da Universidade de Pittsburgh
  • Vanderbilt University
  • Universidade Queen
  • Universidade Técnica de Munique
  • Universidade de Berna
  • Kings College London
  • Tata Memorial Hospital

O Instituto Nacional do Câncer concedeu uma doação de US $ 1,2 milhão ao Dr. Spyridon Bakas, investigador chefe, para acelerar o desenvolvimento de modelos de inteligência artificial. Esses modelos receberão dados de pacientes e de pesquisas de várias fontes, aprendendo continuamente, enquanto protegem as informações privadas.

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Os benefícios da IA ​​e detecção rápida

O tratamento eficaz de tumores cerebrais depende da detecção precoce. Cânceres malignos do cérebro podem se espalhar por todo o sistema nervoso central, especialmente quando deixados sem controle. Espera-se que essa nova colaboração em pesquisa leve a melhores resultados. Segundo a Sociedade Americana de Oncologia Clínica, a taxa de sobrevida em cinco anos para tumores cerebrais cancerígenos é de aproximadamente 36% – e esse percentual diminui com a idade. Os algoritmos de inteligência artificial podem ajudar os médicos a detectar esses crescimentos encobertos antes que eles causem danos evitáveis.

Atenuar as preocupações futuras com a saúde

A Associação Americana de Tumor Cerebral estima que quase 80.000 tumores cerebrais serão diagnosticados este ano. Melhorar os resultados para a grande maioria dos pacientes é o objetivo final. Esse novo sistema da Intel e da Penn Medicine promete prometer honrar as leis HIPAA e inserir dados valiosos, fornecendo diagnósticos mais rápidos.

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