争辩医疗AI模型算法信任度，要不要打开“黑箱”看看？|高端专访

当医生拿出一张CT扫描照片，向患者告知“根据人工智能算法的判断，您可能患病了”，病人会相信这一结果吗？是否需要医生进一步向患者解释，这一算法依赖于哪些参数，使用了哪些函数，是如何得出这一诊断结果的？

令普通人困惑的原因在于，输入的数据和答案之间的不可观察空间。这样的空间通常被称为“黑箱”（black box），简而言之，建立在人工智能和机器学习（AI/ML）基础上的预测算法越来越多地参与进医疗领域中，而预测算法本质却是一个“黑箱”。

换言之，算法是如何从“一个医学图像的像素值”得出“该患者是否患癌”的结论，这一过程通常难以向大众解释，也难以被大众理解。

这也因此引发了不少人对医疗实践中预测算法的质疑，认为其“黑箱”性质会瓦解人们对人工智能的信任和接受度 。在不少国家，学术界、政府和民间社会团体纷纷提出，预测算法应该增加透明度，应该能够被解释。

不过，一个“通俗易懂”的算法是否将牺牲诊断的准确性？欧洲工商管理学院（INSEAD）决策科学助理教授巴比奇（Boris Babic）、哈佛大学法学院卫生法律中心研究员戈克（Sara Gerke）、INSEAD决策科学和技术管理教授埃夫根尼奥（Theodoros Evgeniou）、哈佛大学法学院卫生法律政策中心系主任科恩（Glenn Cohen）在其新发研究论文中指出， 要求Al/ML算法具有可解释性，好处没人们说的那么多，弊端却比人们认为的要大。

论文认为，具体而言， 可解释的 AI/ML系统不提供黑盒预测背后的实际原因。相反，它们为黑盒函数提供了事后理由。而由于解释性算法是事后推理，因此缺乏稳健性，不一定支持信任和问责制；同时，解释性 AI/ML 也会带来额外成本——此类解释可能会误导用户，提供错误的理解和信心感。

而从监管角度来看，要求医疗保健 AI/ML 的可解释性可能会限制创新——在某些情况下，将自己限制在可以充分解释的算法上可能会破坏准确性。

论文提出，美国食品和药物管理局 (FDA) 等监管机构不应关注 AI/ML 的可解释性，而应密切关注影响患者的健康 AI/ML——例如安全性和有效性，并考虑更加重视临床试验。

在接受第一财经记者独家专访时，埃夫根尼奥和巴比奇则指出， 医疗应用中的AI/ML算法是否有必要被解释，这一方面取决于解释对象是谁，另一方面取决于解释目的是什么。

他们认为，如果解释对象是设计Al/ML算法的研究者，或专科医生等能够与该模型深度互动的人员，而解释目的是改进AI/ML算法，那么就需要尽力向这些人解释AI/ML的作用机理。但如果只是为了获取患者或普通水平用户的信任，则没有必要将算法淋漓尽致地展开解释， 因为对诊断结果的信任可以通过其他途径来增进。

必须解释“黑匣子”算法？

第一财经：人工智能和机器学习（AI/ML）的技术发展对医疗产生了什么影响？

巴比奇： 我认为它正在一些领域产生相当大的影响，特别是在诊断领域有了许多医疗上的应用。FDA已经批准了许多AI/ML的成果，比如用于诊断眼疾的、用于CT扫描的、用于X射线评估的、用于监测心脏状况的等等。 这些系统大多是半自主的，它们能够自己做出诊断，但是在主治医生的帮助下。

埃夫根尼奥： （将AI用于医疗）这不是最近才发生的事情。对医疗保健方面人工智能的研究可能已经超过40、50年了。而且在上世纪80年代，已经有一些早期的尝试，但不是很成功。医疗领域的AI主要是关于诊断建议的，但也有治疗建议。此外，我们在文章中没有提到的另一种使用场景是，与制药和药物研究有关的AI。这是一个很重要的方面，它主要通过计算学方法和计算生物学加快研究。但我们文章主要关注的是诊断和治疗建议。

第一财经：你认为卫生保健中的AI/ML模型需要解释吗？或者说，到哪种程度时，解释AI/M的这项工作就不值得付出更多的努力了？

埃夫根尼奥： 首先要问的一个问题是，要向谁解释。这个问题涉及不同的利益相关者。有全科医生，也有专科医生，有保险人，也有病人，有病人的亲属，有高水平的病人，也有水平不高的病人。还有一些研究人员，他们负责开发人工智能系统的机器，或者是医学研究人员或计算机科学的人工智能研究员。因此，某种程度上，把可解释性作为一个笼统的概念来讲是非常危险的。

第二个问题是，对于其中的一些利益相关者来说，解释是否有必要以及有用也很重要。例如，对于开发系统的工程师，或者是科学家、研究人员甚至是专科医生来说，解释是很重要的，而且要尽可能多地向他们解释，因为他们可以帮助改进整个过程，提出新的假说等。

第三，通常来说，当我们接受药物和其他医学治疗时，我们其实并不真正了解它们是如何作用的，大多数医生也是如此。 当涉及到信任问题时，其实我们不需要通过解释来获得信任。我们只需要知道，一些专家已经批准了这个设备，或者一些专家正在使用它们，或FDA等监管机构已经批准其使用，这意味着这个东西通过了很多严格试验。

如果是为了信任，我们可以通过不同方式获得信任。如果是为了从专家那里获得技术和模型的改进，那就必须给出一些解释。

巴比奇： 我举一个很好的例子，就是开处方药。当我们在柜台上拿到止痛药的时候，通常我们不知道它是如何起效的。我们不知道该药是通过什么生物机制来减少疼痛，但我们相信它是安全和有效的。而这一原因是，通常我们认为该药已经经过了一些监管过程。

我们能够得到一些信息，这些信息并不是对生物机制的真正解释，我们能知道的是，这个药片可以减少发烧和疼痛。它还披露了一些副作用，它告诉我们可以吃多少，吃多少算过多，以及我们应该多久吃一次。这种信息通常足以让我们信任这种药物，而不需要真正了解它的工作原理。因此，这就是我们所说的，可解释性可以是一个“烟雾弹”。我们不需要为了理解，为了大家能够信任这种药物，而为每个人追寻因果关系的解释。 因此，在这个意义上说，我们认为，安全性和有效性能够与可解释性分开。

如何对AI模型产生信任度？

第一财经：那什么时候，AI模型需要被解释呢？如何平衡程序的公平性和AI/ML模型的准确性？

巴比奇： 我们的方法是划分使用场景，来划分什么是可解释的模型。 简单来说，典型的“黑箱”模型我们能够在现如今大多数医疗应用中见到，比如深度学习和神经网络，这些都是“黑箱”模型。 可解释的模型通常会更简单一点，如普通的回归类型模型或决策树。一般来说，当人们使用这些可解释的简单模型时，准确率可能会较低。但我们的建议是，在某些情况下，我们可能会接受这种“代价”，因为这里有其他更重要的考虑。

具体而言，我们有时会面对医疗资源的稀缺性，要在这种条件下分配宝贵的资源。比如，我们必须决定由谁来得到肾脏捐赠，我们只有有限的器官，却有太多的人需要这些器官，这意味着名单上排队的人有些将被拒绝。或者，我们必须决定哪个新冠病患能优先得到呼吸机。我们的想法是，当我们不得不做出这些分配决定时，我们必须为人们提供一个理由，比如病患没有得到肾脏的原因是年龄等因素，我们必须告诉他们为什么会被拒绝。