人工智慧(AI)應用帶來生醫研究新發展。國家衛生研究院攜手國立清華大學開發「AI影像辨識技術精準判別實驗動物行為」系統，透過影像紀錄、深度學習及AI辨識技術，持續且即時觀測實驗動物行為，可持續24小時辨識至少8種行為，且可追蹤及分析數據，讓研究人員「看得到」也「量得到」，為醫藥研發帶來新的科技助力。本研究成果已發表在國際知名學術期刊《iScience》。
從「觀察」走向「量化」 動物狀態更容易被掌握
生物醫學研究經常透過細胞實驗、動物實驗及人體臨床試驗彼此驗證。其中，實驗動物的生理與行為變化，是評估治療安全性及有效性的重要依據。然而，傳統動物行為觀察往往需要研究人員投入大量時間進行人工記錄，在長時間、連續性的觀察需求下，也容易受到人力與觀察條件限制。
國衛院生醫工程與奈米醫學研究所研究團隊攜手實驗動物中心及國立清華大學，整合跨單位、跨機構研究能量，著手利用AI技術將實驗動物的行為轉化為可持續追蹤與分析的數據，讓研究人員不僅「看得到」，更能「量得到」，成為研究人員觀察實驗動物的「關鍵助手」。
研究團隊建置可安裝於既有實驗動物飼育籠的多功能影像紀錄器，透過攝影機長時間記錄動物活動，再建立行為判別模型並導入深度學習與AI鑑別技術。目前系統可連續24小時辨識至少8種動物行為，包括飲水、理毛、進食、搜尋、休息／睡覺、啃咬、抓癢及直立站立；其中4種行為的判定精準度可達90%以上，8種行為整體判定精準度則可達80%以上。
AI結合動物實驗3R原則 提升研究精緻化與人道關懷
目前國內外對於實驗動物的使用均具有嚴謹的倫理規範，其中「3R原則」包括減量（Reduction）、取代（Replacement）及精緻化（Refinement），是實驗動物研究的重要倫理基礎。
研究團隊所開發的AI影像辨識技術，可即時記錄實驗動物不同時間點的行為變化，協助研究人員持續掌握動物行為與狀態，並進一步建立量化的生存品質指標，朝向動物實驗的精緻化發展。搭配實驗場域的無線網路建置及資訊安全管理，不僅有助於提升研究資料的完整性與生物醫學研究成果的可靠性，也可降低長時間人工觀察所需的人力負擔，為實驗動物照護與研究管理提供新的科技工具。
研究團隊表示，此項研究成果展現AI技術協助生物醫學研究的潛力。AI應用領域廣泛，透過跨機構合作、人才培育及持續進修，可進一步擴大AI技術在生醫研究領域的應用，促進研究成果實際落地。國衛院近年持續推動跨領域研究與人才培育，透過癌症研究所、環境醫學研究所、生醫工程與奈米醫學研究所等單位，以及相關工程、科學與分子影像等學程，培育具備生醫與工程跨域能力的人才。
未來將持續推動跨領域合作，讓AI不僅成為醫藥研發的重要技術工具，也能協助提升動物實驗的精緻化、人道關懷及研究成果可靠性，為生醫研究創造更多可能。
研究論文全文：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2589004224024489
