国家人工智能安全委员会人工智能技术在流行病应对和防范中的作用

流行病应对和防范白皮书系列 ， 第 3 号 Contents 执行主任的来信 Introduction第一部分 AI 在大流行反应中的有希望的用途 - 现在和未来 A. 情景意识与疾病监测B. 诊断C. 生产疫苗、治疗药物和医疗设备D. 持续的医疗服务 - 保护健康人群并治疗病人 第二部分推荐的以人工智能为重点的投资和倡议A. 利用 AI 推进科学 1. 增加对人工智能研究与开发的联邦资金投入，以加速人工智能技术的进步。2. 由国家科学基金会（NSF）牵头创建健康与生物医学领域的人工智能研究院。3. 发起由NSF管理的奖金挑战，推动下一代数据整合和建模技术解决方案的发展。4. 继续国防高级研究项目局（DARPA）的工作，创建药物发现实验阶段的数据共享和协作基础设施及协议，并在国立卫生研究院（NIH）复制相关努力。5. 使COVID-19高性能计算联盟永久化。 B. 构建智能响应的 AI 基础 1. 确定关键问题并创建联邦“疫情准备数据集”。2. 投资建设有效疾病监控所需的状态和地方卫生基础设施的数字化现代化。3. 加强美国国家综合症状监测能力。4. 提升全球在智能疾病监控方面的合作，并制定国际健康数据标准与规范。5. 投资人工智能驱动的能力以保持军事准备状态。 执行主任的来信 新冠病毒大流行是卫生安全即是国家安全这一观点的生动提醒。病毒威胁着美国经济、国民健康、武装部队的备战状态以及美国在全球的地位。无需过多想象，类似的甚至更为灾难性的生物威胁可能源自一种被设计用于致命性并作为武器使用的病原体。尽管美国人长期以来一直认识到应对生物威胁——包括疫情——对国家安全的重要性，但任何未来策略都必须更深入地将生物健康和疫情规划与准备整合在一起。 我相信国家人工智能安全委员会（NSCAI）有责任提出建议，使国家在此次危机之后处于更健康的位置，并为下一代国家安全威胁做好准备。应对当前疫情的成功策略在很大程度上依赖于利用和应用新技术，其中许多技术都基于人工智能（AI）。委员会的任务是考虑美国应如何推进人工智能、机器学习及相关技术的发展，以全面解决其国家安全和防务需求。现在利用AI及相关技术来应对疫情将有助于保护我国的健康，并在未来保持我们的全球领导地位。 委员会已启动临时特别项目，以发布涉及疫情应对中人工智能相关方面以及危机对美国安全和战略竞争力影响的白皮书。每份文件均为参与委员和选定工作人员的合作成果，仅反映参与特别项目的委员和工作人员的观点。这不代表NSCAI（国家人工智能倡议委员会）的官方行动、审议或决定，也不代表所有15名委员、大多数委员或任何未参与产生该文件的特别项目的委员的观点。这些特别项目与委员会当前的工作线相独立且不同。 第一份白皮书 ，为缓解 COVID - 19 而制定的计算应用隐私和道德建议,"分析了计算应用程序如何补充美国的手动接触追踪努力，并建议在开发和部署这些应用程序时考虑隐私和伦理问题。第二份白皮书，"减轻 COVID - 19大流行的经济影响并保持美国在人工智能领域的战略竞争力“， 提供了使用建议 人工智能以减轻COVID-19对经济的影响，并将人工智能和其他新兴技术视为战略资产和美国及其盟友经济实力的重要来源。 这份白皮书《人工智能技术在应对流行病和准备中的作用》概述了美国必须采取的一系列投资和举措，以充分利用人工智能的潜力，确保国家免受流行病的威胁。 一如既往 ， 我们欢迎您通过 congress @ nscai. gov 提交的意见和反馈。 Yll Bajraktari执行董事 人工智能技术在大流行应对和准备中的作用 ： 建议的投资和举措1 国家人工智能安全委员会执委 Jason Matheny 和研究与分析主任 Olivia Zetter、Tess deBlanc-Knowles 以及 Michael Garris2 新冠肺炎疫情确认了公共卫生安全就是国家安全。美国生活的每一个方面都未能幸免。病毒对美国的经济繁荣、公民福祉、武装部队的战备状态以及其在世界中的角色构成了威胁。美国的战略和规划长期认识到生物威胁对国家安全的潜在危险，无论是自然原因还是人为原因。3毫无疑问，未来对国家安全的概念将不得不更加紧密地将流行病和更广泛的生物威胁纳入国家安全考量之中，提升这些威胁的重视程度并扩大其影响范围。 应对流行病以保护美国人民和美国利益的方式方法。 新冠肺炎疫情初期的应对措施表明，技术——部分基于人工智能——具有强大的潜力用于检测和控制病毒、推动生物医学创新（包括疫苗和治疗药物的研发）以及改善响应和恢复。4尽管目前尚不清楚人工智能是否会对COVID-19疫情的发展产生显著影响，这些初步研究展示了未来人工智能如何被用于增强疫情准备和应对措施。通过适当的投入，在接下来的十年中，人工智能有可能彻底改变科学家们理解数据、开展研究以及设计新药物的方式；改变医生诊断某些疾病及与患者互动的方式；以及改变公共卫生官员管理信息和做出决策的方式。5 我们认识到 ， 人工智能不是灵丹妙药 ， 今天 ， 一些技术承诺更多的是理论而不是实践。6算法在现场的表现可能与实验室中有所不同。基础数据和模型设计中可能会潜入偏见。许多应用在狭隘和离散的应用场景之外缺乏可移植性和有效性。并且需要教育和培训来教授医生和科学家使用新的工具并将其整合到工作流程中。必须谨慎确保实际应用的系统和工具是安全的、可信赖的、无偏见的，并且被用户所理解。7 然而，AI驱动技术的潜力是真实的，并建立在美国技术生态系统长期优势的基础之上。委员会的临时报告强调了美国创新模式的持久力量。 美国政府、大学和私营公司长期以來一直是我们在技术和经济领域保持领先地位的支柱。8他们共同应对了美国最棘手的社会和国家安全挑战。再次地，这个“三角联盟”正在动员行动，研发并部署新技术以保护美国人民，并在生物威胁（无论是自然的还是人为工程的）的下一代解决方案中引领世界。 第一部分介绍了人工智能目前展现出的潜力以及未来可能带来的帮助。第二部分概述了美国必须采取的一系列投资和举措，以充分发挥人工智能的潜力，确保国家免受流行病的威胁。 第一部分 AI 在大流行反应中的有希望的用途 - 现在和未来 以下是人工智能在推动医疗、生物医学和生物安全方面应用的几种方式的总结。这些应用主要分为四个主要领域：1）情况意识和疾病监测；2）诊断；3）疫苗、治疗药物和医疗设备的生产；4）持续的医疗服务——保护健康人群并治疗病人。人工智能不断演进。在这些领域进行投资将改进现有应用，开辟新的应用场景，并提供更多机会以确保公民的安全。尽管尚不清楚人工智能是否会显著影响新冠肺炎的发展轨迹，但初步研究显示，人工智能可以用于增强未来疫情准备和应对能力。 A. 情境意识和疾病监测 通过疾病建模了解威胁。AI正被用于更好地理解疾病（包括COVID-19）的传播方式以及对抗这些疾病的手段。AI模型预测与病毒相关的蛋白质结构。9和映射 感染的传播 ，10使研究人员能够确定病毒感染人类的机制以及如何抑制它们。11自然语言处理帮助研究人员更快地理解COVID-19，通过筛选大量医学研究文献来寻找答案并在此基础上构建其他专家的工作。12在未来，将人工智能应用于病毒学领域有望极大地加速我们理解和应对新兴病毒威胁的能力。 实现早期爆发检测和实时疾病监测。AI当前正被用于摄入和融合来自各种来源的近实时数据——包括新闻 feed、社交媒体、公共卫生数据、临床健康数据以及数字健康工具——以监测疫情暴发、评估新的热点区域，并衡量病毒的进展程度和严重性。13加拿大公司BlueDot利用一种基于人工智能的工具在中国武汉检测到COVID-19疫情，在该疾病广泛被认识之前便做出了预警。14总部位于波士顿的企业 AI 提供商 DataRobot 已经建立了 14比尔 · 惠特克,最早检测冠状病毒爆发的计算机算法， CBS 60 分钟(2020 年 4 月 27 日)，https: / / www. cbsnews. com / news / 冠状病毒 - 爆发 - 计算机 - 算法 - 人工智能 /. 基于AI的模型可以预测COVID-19的传播情况直至县市级别，从而为当地政策决策提供工具支持。15AI驱动的平台将越来越能够整合来自多领域未结构化的数据源的通用数据。这些平台将为领导者和公共卫生官员提供量身定制的警报和实时的情境意识，以便及时了解新兴威胁。 监测和防止人畜共患溢出。支持人工智能的预测工具可以帮助监测人畜共患溢出效应 ，16识别潜在的风险环境区域，并确定收集数据的地点、时间及具体数据类型；从而为研究和关键的早期预警系统做出贡献。17人工智能已被用于识别新的病毒物种，以及可能携带能传染给人类的病原体的动物物种。18今天的AI能力已经可以用于筛选分子、流行病学、生态学和气候数据，以识别此类人畜共通传染病的脆弱性。19随着通过此项工作生成的数据越来越多以及多源数据和模型合并技术的进步，动物源性疾病预警系统可以与上述描述的暴发检测平台结合，以实现更早期和更准确的疾病检测。 威胁分析的高级生物取证。当疫情爆发时，生物法医分析在确定其原因是自然、故意还是意外方面发挥着关键作用。20COVID-19 highlighted 疫情凸显了 在确定疾病暴发源头时固有的复杂性。生物法医能力旨在 在事件期间检测高后果生物威胁并分析病原体样本，以获取有助于归因的独特特征。21AI正在推动下一代生物 forensic科学的关键科学领域取得进步，包括基因组学、蛋白质组学和代谢组学。22- 寻求回答特定于代理和威胁不可知的问题。23AI将进一步推动生物 forensics（法医学）的发展，通过启用推断性和预测性方法来解释数据并识别关键指标。24 用先进的传感检测病原体。新智能传感器技术有可能收集关于新型病原体（包括武器化病原体）的数据，追踪通过空气散播和沉积在表面的呼出飞沫。25通过可穿戴传感器检测感染的早期发作 ，26并且通过移动近距离检测促进社交距离的保持。未来，AI很可能将在识别新型传感材料以及构建新能力方面发挥越来越重要的作用，并且将在某些传感器中承担功能性角色。 B. 诊断 诊断患者和分诊护理。AI正在通过允许科学家们更快更全面地推断出有助于测试设计的生物学见解，来帮助他们开发更有效的COVID-19检测方法。27以及模型和设计的抗体和酶是免疫测定诊断测试的组成部分。28AI驱动的工具也被直接用于诊断领域，以协助和指导专家评估。分析胸部扫描的工具帮助放射科医生检测乳腺癌和肺结核等疾病。29一些医院已经应用了类似的技术来检测 COVID - 19 ， 并评估疾病的严重程度和护理需求。30其他人已经建立了基于 AI 的新工具 ， 可以根据临床症状和常规实验室检查来帮助诊断。31然而，这些工具的成功高度依赖于特定疾病的大规模训练数据，使得将其他疾病设计的AI工具快速过渡以帮助医疗专业人士进行疾病检测和评估变得困难。 COVID - 19 。32随着更多数据和临床训练增强诊断算法，AI将在诊断测试开发中发挥额外作用，并更可靠地支持放射科医生和急诊团队迅速识别疾病指标并指导患者护理。33 C. 疫苗、治疗学和医疗设备的开发 快速发现和设计疫苗和疗法。研究人员利用人工智能创建冠状病毒可能与不同疗法和疫苗互动的模拟，通过探索大量可能性并缩小可行候选者的范围，极大地加速了发现过程。34其他公司正在使用基于AI的模拟来评估重新定位现有药物的可行性，作为治疗COVID-19的第一步。35此外，AI可以通过启用连续制造过程和数字双胞胎来加速药物和疫苗的生产。 支持临床试验。36随着技术的发展，人工智能有潜力支持构建模拟可能性的模型的自动化管道，并合成和验证解决方案，从而允许研究人员更迅速地设计出高效疗法和疫苗以应对新兴的病毒威胁。37 管理供应链。今天的供应链复杂度高，在私营部门，人工智能被用于创建自我纠正的智能供应链。38AI可以预测 disruptions 和脆弱性，监控并优先处理库存，触发按