Opiaten vermijden - Een nieuw AI-recept voor pijn

Een door NIH gefinancierde studie, geleid door Worcester Polytechnic Institute (WPI), heeft als doel om kunstmatige intelligentie te gebruiken om patiënten met chronische pijn naar mindfulness-gebaseerde behandelingen te leiden in plaats van naar opioïden. Door patiëntgegevens te analyseren met machine learning, tracht het onderzoek individuen te identificeren die het meest zouden profiteren van niet-farmacologische interventies, waardoor mogelijk de afhankelijkheid van opioïden vermindert en er meer gepersonaliseerde zorg wordt geboden. Deze innovatieve benadering, gericht op chronische lage rugpijn bij diverse populaties, zou pijnbeheer en de kosten van de gezondheidszorg kunnen revolutioneren. Fotocredit: Melissa E. Arndt

Een door NIH gesteunde studie die wordt uitgevoerd door Worcester Polytechnic Institute beoogt het gebruik van kunstmatige intelligentie in het identificeren van effectieve mindfulness-gebaseerde behandelingen voor chronische lage rugpijn, waardoor patiënten alternatieven krijgen voor het gebruik van opioïden.

Worcester Polytechnic Institute (WPI) zal een vijfjarige studie leiden die tot doel heeft de mogelijkheid te verkennen om kunstmatige intelligentie te gebruiken om artsen te assisteren bij het leiden van patiënten met chronische pijn naar op mindfulness gebaseerde methoden en weg van opioïden, die een risico op verslaving met zich meebrengen.

De nieuwe studie, gefinancierd door het HEAL (Helping to End Addiction Long-term) initiatief van het National Institutes of Health (NIH), zal machine learning, een vorm van kunstmatige intelligentie, gebruiken om aanwijzingen te zoeken in patiëntgegevens die artsen zouden kunnen helpen beter te bepalen wie het meest waarschijnlijk baat zal hebben bij stressvermindering via mindfulness, of MBSR, bij het beheersen van hun pijn.

"Voor artsen wordt het een nieuwe dag", zei Jean King, de Peterson Family Dean of Arts and Sciences bij WPI. "Om te kunnen voorspellen wie goed zou reageren op niet-farmacologische interventies, zal echt levens redden."

WPI heeft $1,6 miljoen ontvangen van NIH om het onderzoek te starten; als de door het team gedefinieerde doelen worden gehaald, zouden het onderzoeksteam en de universiteit in totaal bijna $9 miljoen aan onderzoeksfinanciering kunnen ontvangen in de komende vijf jaar.

De bevindingen van de studie zouden zorgverleners krachtige instrumenten kunnen geven om mensen te helpen vermijden dat ze opioïden nemen die kunnen leiden tot levenslange worstelingen met verslaving. Te grote afhankelijkheid van opioïden voor pijnbestrijding kan verwoestende gevolgen hebben; in 2021 stierven meer dan 16.000 mensen aan een overdosis op recept-opioïden, en stierven meer dan 80.000 mensen aan een algehele opioïde-gerelateerde overdosis, één dood elke 6 minuten. Er zijn zorgwekkende toenames in opioïde-gerelateerde sterfgevallen in de zwarte en Native American bevolkingen.

Tegelijkertijd is ook chronische pijn een grote zorg. Een recente Morbidity and Mortality Report van het U.S. Centers for Disease Control and Prevention schatte dat meer dan 51 miljoen mensen - meer dan 20% van de Amerikaanse volwassenen - chronische pijn hebben.

Eerdere studies hebben aangetoond dat MBSR effectief is bij het helpen van mensen om te gaan met chronische pijn, maar de op mindfulness gebaseerde aanpak werkt niet voor iedereen, en artsen en clinici weten niet precies voor wie het zou werken en waarom.

Gericht op chronische lage rugpijn bij diverse populaties, zal de studie fysiologische gegevens verzamelen, zoals slaappatronen, hartslag en algemene fysieke activiteit, verzameld via fitnesssensoren die worden gedragen door 350 deelnemers tijdens een proefperiode van zes maanden. Gecombineerd met zelfgerapporteerde informatie over depressie, angst, pijn en niveaus van sociale ondersteuning, zullen de gegevens worden geanalyseerd door speciaal ontworpen machine learning modellen om patronen te detecteren die misschien onmogelijk voor een arts te merken zijn. De informatie zal het model in staat stellen te voorspellen of een patiënt gunstig zou reageren op mindfulness, waardoor artsen beter individuele behandelingen voor patiënten kunnen afstemmen.

Die voorspellende kracht kan een krachtig instrument zijn voor artsen die eerder misschien terughoudend waren om stressvermindering op basis van mindfulness voor te schrijven, zei Carolina Ruiz, de WPI Associate Dean of Arts and Sciences en Harold L. Jurist '61 en Heather E. Jurist Dean's Professor of Computer Science, die al meer dan twee decennia onderzoek doet naar en onderwijs geeft in machine learning. Ze voegde eraan toe dat de machine learning modellen die in de studie worden gebruikt interpreteerbaar zullen zijn - artsen en onderzoekers zullen precies kunnen achterhalen waarom een patiënt wel of niet goed zou kunnen reageren op op mindfulness gebaseerde methoden.

"Het zal tijd besparen voor de patiënten - ze zullen niet door een behandeling hoeven gaan die niet gaat helpen", zei ze. "Het zal ook veel besparen op de kosten voor de gezondheidszorg en zou toepasbaar kunnen zijn op andere soorten pijn en andere soorten behandelingen."

The study, dubbed Integrative Mindfulness-based Predictive Approach for Chronic low back pain Treatment, or IMPACT, will bring together a diverse group of researchers at WPI, UMass Chan Medical School, and Boston University Chobanian & Avedisian School of Medicine. Along with King and Ruiz, WPI faculty researchers include Emmanuel Agu, the Harold L. Jurist ’61 and Heather E. Jurist Dean’s Professor of Computer Science and MPI, Angela Incollingo Rodriguez, assistant professor of psychological and cognitive sciences, Zheyang Wu, professor, mathematical sciences, and Benjamin Nephew, assistant research professor, biology and biotechnology.

Agu’s expertise in analyzing sensor data using smartphones and fitness trackers will play a critical role in the study. The devices will track several data points, but Agu said of particular interest to researchers will be participants’ circadian rhythms–sleep and wake cycles.

“Sleep has an immense impact on our overall health,” said Agu, who is a co-principal investigator on the study. “An individual in pain is more likely to experience broken sleep, which can lead to a host of other health issues. Mindfulness-based approaches may help participants sleep better, which can reduce some of those other risk factors.”

The study will include racially and ethnically diverse populations typically underrepresented in both the research and practice of mindfulness-based stress reduction, despite being at increased risk for stress, chronic pain, and the associated adverse outcomes they bring. Participants will be recruited from the Boston metro region through Boston Medical Center and Cambridge Health Alliance, and from the Worcester region through UMass Chan and WPI.

Partners on the grant and community leaders are excited for the work to begin.

Dr. Natalia Morone, associate professor of medicine at Boston University Chobanian and Avedisian School of Medicine, a primary care physician at Boston Medical Center, and a co-principal investigator on the study, said the key will be identifying specific markers that indicate people will respond to mindfulness treatment. “We are doing this in an innovative way because we are using machine learning to figure this out,” Morone said. “I am very excited to partner with my colleagues at WPI and UMass Chan to accomplish this study. It has the potential to help many people.”

Dr. David D. McManus, the Richard M. Haidack Professor in Medicine and chair and professor of medicine at UMass Chan, said the medical school will bring invaluable experience to the study gained from overseeing the cores of prominent studies, such as the Framingham Heart Study, National Institutes of Health Rapid Acceleration of Diagnostics (RADx) initiative, and the Risk Underlying Rural Areas Longitudinal (RURAL) study.

“The wealth of knowledge accumulated through the administration and management of critical components in these studies positions us at the forefront of groundbreaking research,” McManus said. “Our enthusiasm is heightened as we join forces with WPI and BU under the capable leadership of Jean King.”

Dr. Matilde Castiel, commissioner of health and human services in Worcester, said AI is a tool to help the healthcare system deliver better and more personalized care.

“I am thrilled that WPI will use AI to address chronic back pain and make an impact on the opioid epidemic, which is truly a public health emergency not only in our city and state, but nationally,” Castiel said. “This intervention can decrease the reliance of opioids for chronic back pain and provide a more targeted approach that is specific to the individual.”