lunes, 18 de mayo de 2015

capítulo 11. Inteligencia humana y artificial en el diagnóstico diferencial.

capítulo 11. Inteligencia humana y artificial en el diagnóstico diferencial
En la década de 1990 la inteligencia se definió como una capacidad mental muy general, que entre otras cosas implica la capacidad para razonar, planear, resolver problemas, desarrollar el pensamiento abstracto, comprender ideas complejas y aprender de la experiencia.
Los pacientes buscan a los profesionales de la salud para resolver su problema médico; éste comienza con un nuevo conjunto de signos y síntomas subjetivos y objetivos.  La tarea del médico es identificar la enfermedad o trastorno particular que causa los signos y síntomas, lo que se conoce como diagnóstico diferencial. El desarrollo y refinamiento de la inteligencia diagnóstica (humana y artificial) puede mejorar la capacidad de los profesionales de la salud para hacer un diagnóstico diferencial más preciso.
Excepto por las enfermedades psiquiátricas y los trastornos del tejido conectivo, la gran mayoría de las enfermedades carece de un conjunto necesario y suficiente de signos y síntomas con el cual pueda hacerse un diagnóstico clínico confiable.  Otra situación que hace del diagnóstico diferencial una tarea difícil  y compleja es el hecho de que los pacientes pueden desarrollar signos y síntomas compartidos por dos o más enfermedades.
Con el tiempo los médicos novatos aceptan que no todos los signos y síntomas característicos de una enfermedad se encontrarán en un caso particular de la misma; comprenderán que la mayoría de los casos incluye manifestaciones compartidas por dos o más enfermedades  y que el diagnóstico diferencial de las enfermedades imprecisas es una decisión probabilística más que determinista. Es con la experiencia práctica y la realimentación que los médicos principiantes aprenden que el diagnóstico diferencial es complejo, ya que la mayoría de las enfermedades carece de una definición clara de los antecedentes y hallazgos de físicos clínicos necesarios y suficientes. El diagnóstico de diferencial de las categorías nosológicas imprecisas o polimórficas constituye una tarea que se efectúa con juicios en condiciones de incertidumbre. 
Robert Gagné sugiere que los seres humanos tienen 5 capacidades intelectuales básicas:
-        Para desarrollar las bases del conocimiento mediante la adquisición de información.
-        Para realizar varias habilidades intelectuales generalizables.
-        Para construir y ejecutar estrategias cognitivas.
-        Para aplicar habilidades psicomotoras
-        Para desarrollar actitudes.
Los programas de educación médica han operado con la suposición de que la competencia diagnóstica se basa sobre todo en el desarrollo de la segunda de éstas cinco capacidades, capacidades para realizar varias actividades intelectuales generalizables, que en medicina se han denominado razonamiento hipotético-deductivo, habilidades para solucionar problemas, pensamiento de orden superior, razonamiento crítico, etc. Los educadores médicos asumen que, una vez desarrolladas estas habilidades intelectuales generalizables permiten a los médicos mantener un desempeño de alto nivel, competencia médica, para cualquiera y todos los problemas diagnósticos y las etiologías relacionados con éstos.
No obstante los estudios demuestran que el desempeño diagnóstico de los estudiantes de medicina y de los médicos varía: 1) de un problema a otro, 2) en un mismo problema y 3) en función del carácter más o menos típico (facilidad/dificultad) de un conjunto particular de signos y síntomas con los que se manifiesta una enfermedad determinada.
Actualmente se cree que el desempeño diagnóstico depende más de la solidez de la base de conocimientos con los que cuente el médico para enfrentar el problema diagnóstico en cuestión, los diagnósticos diferenciales relacionado con el problema y que el caso en cuestión tenga un cuadro típico o atípico, aunque no hay duda acerca de que las habilidades intelectuales son un factor,  tienen un peso menos que el conocimiento específico sobre el problema y la enfermedad.
En 1960 y 1970 Newell y Simon sugirieron que podía utilizarse formas teóricas de conocimiento y mecanismos cognitivos (procesadores de información) como base para crear módulos computacionales o herramientas que pudieran simular las actividades humanas para solución de problemas, como las tareas de categorización y clasificación. Se refirieron a estas herramientas como sistemas de procesamiento de información. Su trabajo conduciría a un nuevo campo llamado inteligencia artificial (IA), en el que los investigadores podrían modelar el desempeño humano con exactitud creciente mediante el uso de estructuras base del conocimiento y mecanismos para el procesamiento de la información cada vez más refinados.
Dos componentes operativos importantes de un IPS se llamaron heurísticas débiles y heurísticas fuertes; las primeras eran aplicables a una amplia variedad de problemas, pero no conducían a una solución correcta para un problema determinado; las segundas no eran aplicables ampliamente a los problemas, pero permitían la interpretación eficiente y efectiva de problemas y tareas específicos para los que estaban diseñadas.
Conforme los modelos de mente manejados con IA evolucionaban, las heurísticas débiles llegarían a representar las habilidades intelectuales de aplicación amplia (mecanismos de procesamiento de información), mientras que las heurísticas fuertes representarían las estructuras básicas de conocimiento para problemas y tareas específicas (formas de conocimiento almacenadas en la memoria). El éxito inicial de estos modelos computacionales de la toma de decisión humana dieron una razón a los investigadores para creer que podrían servir como base para diseñar representaciones neurobiológicas de las funciones cerebrales que hacen posible las actividades humanas para resolver problemas.
En la década de 1970, Anderson exploró el modo en que la organización de la información adquirida y las experiencias vitales se almacenaban en la memoria y así permitían la solución de problemas. Los autores propusieron la teoría Carácter Adaptativo del Pensamiento (ACT-R) en la que las estructuras basadas en el conocimiento para problemas y tareas específicos se asignaban como declarativas o de procedimiento, las primeras representaban el conocimiento de “qué”, “que” o “hechos”, mientras que las segundas, en forma de proposiciones si/entonces, representaban el conocimiento de “cómo”. La organización o construcción de bases de conocimiento de procedimientos depende del desarrollo de mecanismos de procesamiento de información más profundos, que permiten a los aprendices transformar el conocimiento declarativo en conocimiento procedimental.
A finales de la década de 1990, los investigadores usaron técnicas de neuroimágenes para obtener evidencia de la validez de las estructuras de la base de conocimiento declarativo y procedimental descritos en la teoría de Anderson; para ello demostraron que la información en forma de conocimiento declarativo se almacena en el hipocampo y la parte medial del lóbulo temporal, mientras que el conocimiento propositivo o procedimental se almacena en estructuras corticales y subcorticales.
Los trabajos conjuntos de Newell, Simon, Anderson, y otros empezaron mejoraron la comprensión del posible papel y las interacciones entre el conocimiento declarativo y procedimental y las habilidades intelectuales en el desarrollo de la inteligencia y competencia diagnóstica, también aclararon como las habilidades intelectuales adicionales (estrategias cognitivas) parece ser parte del origen de la transformación inteligente del conocimiento declarativo en procedimental. A finales de los 90s Sloman y otros codificaron varias de estas teorías en un solo modelo unificado de la manera en que la mente realiza tareas de categorización y clasificación, la teoría del procesamiento dual o procesamiento Sistema 1/Sistema 2.
El procesamiento por el Sistema 1 permite hacer un diagnóstico al determinar si el patrón de signos y síntomas es: 1) similar a por lo menos un caso previo diagnosticado correctamente de una enfermedad, almacenado en la memoria de largo plazo, o 2) similar a una representación resumida, sintetizada o prototípica de una enfermedad almacenada en la memoria de largo plazo.
En un diagnóstico mediado por el Sistema 2 se crean reglas para sopesar cada signo y síntoma, y se almacenan en la memoria de largo plazo; después se recuperan de modo deliberado mediante mecanismos de procesamiento del Sistema 2 para construir poco a poco un argumento en favor o en contra del nuevo caso como representación de una u otra enfermedad.
En la década de 1980 Papa propuso la KBIT (knowledge based inference tool) que señalaba que 1) la base de conocimiento declarativo de los médicos consistía en estimaciones de la frecuencia con la que un signo o síntoma particular se relaciona con una enfermedad determinada, 2) el conocimiento declarativo se transforma en conocimiento procedimental en la forma de reglas de si/entonces que sopesan el peso relativo de la presencia o ausencia de un signo o síntoma determinado en favor o en contra de cada enfermedad, 3) conforme se reúnen signos y síntomas durante el estudio del paciente, un mecanismo procesador de la información suma estas reglas de peso relativo para cada enfermedad en consideración, y 4) la enfermedad con el mayor peso acumulado representa el diagnóstico más probable.
Muchas escuelas de educación superior emplean el instruccionismo educativo como su principal método de enseñanza, este es una estrategia en la que los estudiantes reciben de modo pasivo grandes cantidades de conocimiento declarativo en lo que suele ser un aula grande. El entrenamiento médico orientado al conocimiento declarativo parecería dificultar el desarrollo de la inteligencia diagnóstica porque impide el desarrollo de las formas del procesamiento dual.
Como resultado de la enseñanza médica con una orientación instruccionista los estudiantes tiene el conocimiento declarativo pero no pueden aplicarlo.
En su teoría de aprendizaje de la experiencia, Kolb sugería que un entrenamiento que apoyara al mismo tiempo la adquisición de información y el desarrollo de capacidades intelectuales y que también proporcionara experiencias concretas, permitiría a los estudiantes desarrollar el conocimiento procedimental necesario para realizar de forma gradual tareas significativas de manera competente. Gagné sugirió que después de la adquisición de información verbal consciente (declarativa), las habilidades intelectuales del aprendiz pueden desarrollarse de un modo jerárquico mediante: 1) el establecimiento de discriminaciones entre las descripcioes verbales de los objetos; 2) la formulación de conceptos concreto a partir de la información adquirida; 3) la construcción de reglas; 4) la construcción de reglas de orden superior y 5) la formulación de capacidades para resolver problemas.
Ericsson sugirió que cuando los aprendices participan en múltiples oportunidades prácticas deliberadas enfocadas en problemas y tareas, y los instructores proporcionan a los aprendices una guía o realimentación específica para ellas, se acelera la transformación de novato en solucionador competente de problemas.
La incapacidad para resolver un nuevo problema análogo y más complejo a los problemas resueltos antes se llama fenómeno de contenido o especificidad de caso o problema de transferencia en ciencias del aprendizaje.
Cada vez más investigadores desarrollan herramientas de soporte para las decisiones diagnósticas diseñadas para aumentar la exactitud diagnóstico de los médicos al tiempo que reducen los costos derivados del estudio médico de los pacientes. En los primeros años de desarrollo de estas herramientas, los investigadores crearon programas computacionales basados en reglas sencillas denominados “sistemas expertos”, que utilizaba estructuras de conocimiento si-entonces y mecanismos de inferencia simples diseñados para enfocarse en un dominio médico con definición muy estrecha. El éxito condujo a la expansión de la base de conocimiento contenida en estos sistemas expertos, de manera que al final se aproximaran a la base de conocimiento y capacidades diagnóstica de un internista general. Sin embargo su desempeño siempre estaba limitado por la naturaleza de las reglas establecidas por sus desarrolladores.
En los últimos 20 años, los investigadores de la IA trabajaron en el desarrollo de sistemas computacionales que pudieran mejorar de manera automática en lugar de depender de sus desarrolladores para actualizar, modificar o arreglar nuevas reglas o mejores algoritmos. Las herramientas de IA con capacidad para el aprendizaje autorregulado se conocen como herramientas basadas en aprendizaje de la máquina. La base fundamental para su construcción es un marco conceptual referido como redes neurales artificiales (RNA), el aprendizaje por RNA se produce por ajustes incrementales en el peso de la respuesta de la unidad neural a los estímulos. Estos ajustes están mediados por señales de realimentación que indican si la respuesta a un estímulo determinado fue correcta o no. La IA también podría ser aplicada a la realización de diagnósticos diferenciales utilizando mecanismos parecidos.
El Proyecto del Cerebro Humano intentará fusionar las tecnologías de la información y las comunicaciones con una nueva generación de supercomputadoras que en conjunto sean capaces de rastrear de manera sistemática y representar las cadenas complejas de causalidad que van desde los genes hasta la función cognitiva. 

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