Rivoluzionare la Medicina con l’Intelligenza dei Dati: L’Approccio multidisciplinare di Giorgio Villani

Luca Lisci: Pier Giorgio Villani nasce a Crema nel 1971. Durante la Laurea in Chimica sviluppa interesse per la modellizzazione di molecole. La tesi di laurea è centrata sull’analisi della struttura atomica, tramite raggi X di un minerale. Interessato alle scienze umane, si iscrive al corso di laurea in Medicina seguito dalla specialità in Anestesia e Rianimazione. Attualmente svolge il proprio lavoro in Terapia Intensiva a Cremona dove, oltre alla cura, si occupa di modellizzare vari aspetti della pratica quotidiana. Orientato verso la Health Decision Science ha stretto collaborazioni con docenti di diverse Università Italiane per portare questa visione nella pratica clinica quotidiana.  

Benvenuto Giorgio. È un piacere averti qui con noi. Per iniziare potresti raccontarci un po’ di più sul tuo percorso unico che unisce chimica e medicina?

Giorgio Villani: Grazie per l’invito Luca. Il mio viaggio accademico è iniziato con una profonda passione per la chimica che mi ha portato a esplorare il mondo delle strutture atomiche e molecolari. Inizialmente il mio lavoro si concentrava sulla modellizzazione di strutture atomiche attraverso la diffrazione di raggi X, ricostruendo la posizione di ogni singolo atomo all’interno dei cristalli. Questa esperienza mi ha aperto gli occhi sull’importanza della modellizzazione nella comprensione dei fenomeni naturali. Col tempo questa curiosità si è trasformata in un interesse per la biologia umana spingendomi verso la medicina. Durante il mio percorso in medicina ho iniziato a rendermi conto che la modellizzazione non è solo una pratica in chimica ma è intrinsecamente legata al processo decisionale in medicina. Attraverso il mio lavoro con i modelli matematici e algoritmi nella sanità ho iniziato a vedere come la chimica e la medicina non siano discipline isolate ma parti di un continuum che si occupa della vita a diversi livelli. Di conseguenza, anche la costruzione di modelli poteva essere trasferita dalla chimica alla Medicina.

Luca Lisci: Che ruolo gioca la scienza delle decisioni nella medicina moderna secondo te?

Giorgio Villani: La scienza delle decisioni è fondamentale in medicina, un fatto che si è reso particolarmente evidente durante la mia esperienza a Cremona durante il picco del Covid-19. Tradizionalmente i medici si affidano a un mix di esperienza clinica, conoscenza della patologia e dati statistici per prendere decisioni. Tuttavia, come ho imparato nel corso degli anni e soprattutto attraverso le mie collaborazioni interdisciplinari, la scienza delle decisioni ci offre strumenti più sofisticati per analizzare e interpretare i dati, permettendoci di fornire cure più personalizzate e precise. Con l’aiuto della matematica avanzata e dei modelli computazionali, siamo in grado di comprendere meglio i complessi meccanismi alla base delle malattie e delle loro cure.

La mia esperienza nella creazione di modelli matematici e algoritmi per la sanità, che ha iniziato durante e dopo la crisi del Covid-19, ha rivelato quanto sia cruciale l’approccio multidisciplinare. L’interazione tra medici e scienziati dei dati è vitale per sviluppare soluzioni efficaci. Per esempio, abbiamo ipotizzato l’applicazione su progetti come la previsione dello sviluppo di sepsi nei pazienti ricoverati e l’ottimizzazione dei turni di lavoro del personale medico utilizzando principi di Ricerca Operativa. Questo lavoro dimostra l’enorme potenziale della Decision Science nella sanità e come può essere utilizzata per migliorare sia l’efficienza operativa che l’esito dei trattamenti per i pazienti.

Luca Lisci: Questo significa una maggiore individualizzazione nel trattamento dei pazienti?

Giorgio Villani: Esattamente, Luca. Ogni paziente è unico e così dovrebbero essere i loro trattamenti. La Scienza Delle Decisioni ci aiuta a muoverci verso questa individualizzazione integrando variabili come il background genetico del paziente, le condizioni ambientali e persino i loro stili di vita nelle decisioni di trattamento. Questo approccio è particolarmente significativo  in campi come l’oncologia personalizzata e la medicina preventiva. La prospettiva di applicazione è estremamente promettente. Durante il mio lavoro a Cremona durante il picco del Covid-19, abbiamo affrontato sfide senza precedenti nel trattamento dei pazienti. L’esperienza ci ha incoraggiato a progettare soluzioni innovative, in grado di gestire gli eventi più terribili. Oggi possiamo immaginare modelli di Decision Science per ottimizzare i turni del personale e prevedere lo sviluppo di condizioni critiche come la sepsi. 

Questi presupposti confermano che un approccio basato su modelli matematici e algoritmi possa davvero trasformare significativamente la pratica medica, rendendo il trattamento più efficace e personalizzato. L’integrazione della Scienza Delle Decisioni in medicina non solo migliora i risultati per i pazienti ma permette anche ai medici di sfruttare al meglio le risorse disponibili, specialmente in situazioni di emergenza estrema, come una pandemia.

Luca Lisci: Si è acceso negli ultimi anni un grande dibattito a proposito dell’Intelligenza Artificiale in medicina. 

Giorgio Villani: L’IA ha un potenziale enorme, specialmente per quanto riguarda l’analisi di grandi set di dati. Tuttavia, dobbiamo essere cauti. L’IA è eccellente nell’identificare modelli ma non sempre è brava a interpretare la causalità dietro questi modelli, come appare a me chiaramente nello studio di “Previsione Sepsi” su cui stiamo lavorando con la Prof.ssa Paola Cappanera dell’Università di Firenze e la Prof.ssa Maddalena Nonato dell’Università di Ferrara. Ed è proprio per risolvere i limiti tradizionali della IA che si applica la Scienza Delle Decisioni. Nella mia prospettiva, quando l’Intelligenza Artificiale si occupa di identificare il modello, è  poi la Ricerca Operativa che fornisce il contesto e la comprensione necessaria per interpretare i risultati dell’IA in modo che siano utili nella pratica clinica. 

Luca Lisci: Questo approccio richiede davvero un approccio profondamente condiviso fra i diversi attori, che sono molto diversi fra loro. Come funziona la collaborazione tra medici e scienziati dei dati?

Giorgio Villani: La chiave è la comunicazione e la formazione interdisciplinare. I medici devono avere una comprensione di base della matematica e dell’informatica mentre gli scienziati dei dati devono avere una conoscenza di base della biologia e della medicina. Creare team interdisciplinari che lavorano a stretto contatto può aiutare a colmare il divario tra queste discipline e promuovere una maggiore collaborazione. Durante il mio lavoro a Cremona ho collaborato strettamente con Giovanni Righini, vero esperto di Ricerca Operativa [ Direttore del Comitato Scientifico ed Etico DSA, n.d.r ], una collaborazione che ha richiesto una stretta integrazione tra conoscenze mediche e modelli matematici. Questa esperienza ha mostrato come la condivisione e la comprensione reciproca tra discipline diverse possano portare a soluzioni innovative e potenzialmente efficaci nel trattamento e nella gestione dei pazienti.

Luca Lisci: Infine, quale messaggio vorresti lasciare ai nostri lettori?

Giorgio Villani: La mia esperienza di collaborazione diretta con ricercatori operativi esperti su progetti di modellizzazione in ambito sanitario ha portato alla luce tutte le possibilità dell’applicazione della Scienza Delle Decisioni, dalla cura dei pazienti come nella gestione ospedaliera. È diventato evidente che l’approccio tradizionale basato sulla statistica non è più sufficiente; abbiamo bisogno di un modello più personalizzato che consideri il paziente nella sua interezza. Questo è il motivo per cui credo davvero che la Scienza Delle Decisioni rappresenti il futuro migliore della medicina.

Luca Lisci: Grazie Giorgio per questa conversazione illuminante. Le tue intuizioni sono fondamentali per comprendere l’importanza crescente della Scienza Delle Decisioni nel campo sanitario. La tua esperienza dimostra che questo approccio non è solo un’aggiunta teorica ma una pratica capace di modellare il futuro. Sono convinto che la nostra comunità di lettori troverà la tua prospettiva non solo educativa ma anche fonte di ispirazione in un’epoca caratterizzata da rapidi cambiamenti nel settore della salute.