3,959 research outputs found

    Multidisciplinary perspectives on Artificial Intelligence and the law

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    This open access book presents an interdisciplinary, multi-authored, edited collection of chapters on Artificial Intelligence (‘AI’) and the Law. AI technology has come to play a central role in the modern data economy. Through a combination of increased computing power, the growing availability of data and the advancement of algorithms, AI has now become an umbrella term for some of the most transformational technological breakthroughs of this age. The importance of AI stems from both the opportunities that it offers and the challenges that it entails. While AI applications hold the promise of economic growth and efficiency gains, they also create significant risks and uncertainty. The potential and perils of AI have thus come to dominate modern discussions of technology and ethics – and although AI was initially allowed to largely develop without guidelines or rules, few would deny that the law is set to play a fundamental role in shaping the future of AI. As the debate over AI is far from over, the need for rigorous analysis has never been greater. This book thus brings together contributors from different fields and backgrounds to explore how the law might provide answers to some of the most pressing questions raised by AI. An outcome of the Católica Research Centre for the Future of Law and its interdisciplinary working group on Law and Artificial Intelligence, it includes contributions by leading scholars in the fields of technology, ethics and the law.info:eu-repo/semantics/publishedVersio

    LIPIcs, Volume 251, ITCS 2023, Complete Volume

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    LIPIcs, Volume 251, ITCS 2023, Complete Volum

    Rethink Digital Health Innovation: Understanding Socio-Technical Interoperability as Guiding Concept

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    Diese Dissertation sucht nach einem theoretischem Grundgerüst, um komplexe, digitale Gesundheitsinnovationen so zu entwickeln, dass sie bessere Erfolgsaussichten haben, auch in der alltäglichen Versorgungspraxis anzukommen. Denn obwohl es weder am Bedarf von noch an Ideen für digitale Gesundheitsinnovationen mangelt, bleibt die Flut an erfolgreich in der Praxis etablierten Lösungen leider aus. Dieser unzureichende Diffusionserfolg einer entwickelten Lösung - gern auch als Pilotitis pathologisiert - offenbart sich insbesondere dann, wenn die geplante Innovation mit größeren Ambitionen und Komplexität verbunden ist. Dem geübten Kritiker werden sofort ketzerische Gegenfragen in den Sinn kommen. Beispielsweise was denn unter komplexen, digitalen Gesundheitsinnovationen verstanden werden soll und ob es überhaupt möglich ist, eine universale Lösungsformel zu finden, die eine erfolgreiche Diffusion digitaler Gesundheitsinnovationen garantieren kann. Beide Fragen sind nicht nur berechtigt, sondern münden letztlich auch in zwei Forschungsstränge, welchen ich mich in dieser Dissertation explizit widme. In einem ersten Block erarbeite ich eine Abgrenzung jener digitalen Gesundheitsinnovationen, welche derzeit in Literatur und Praxis besondere Aufmerksamkeit aufgrund ihres hohen Potentials zur Versorgungsverbesserung und ihrer resultierenden Komplexität gewidmet ist. Genauer gesagt untersuche ich dominante Zielstellungen und welche Herausforderung mit ihnen einhergehen. Innerhalb der Arbeiten in diesem Forschungsstrang kristallisieren sich vier Zielstellungen heraus: 1. die Unterstützung kontinuierlicher, gemeinschaftlicher Versorgungsprozesse über diverse Leistungserbringer (auch als inter-organisationale Versorgungspfade bekannt); 2. die aktive Einbeziehung der Patient:innen in ihre Versorgungsprozesse (auch als Patient Empowerment oder Patient Engagement bekannt); 3. die Stärkung der sektoren-übergreifenden Zusammenarbeit zwischen Wissenschaft und Versorgungpraxis bis hin zu lernenden Gesundheitssystemen und 4. die Etablierung daten-zentrierter Wertschöpfung für das Gesundheitswesen aufgrund steigender bzgl. Verfügbarkeit valider Daten, neuen Verarbeitungsmethoden (Stichwort Künstliche Intelligenz) sowie den zahlreichen Nutzungsmöglichkeiten. Im Fokus dieser Dissertation stehen daher weniger die autarken, klar abgrenzbaren Innovationen (bspw. eine Symptomtagebuch-App zur Beschwerdedokumentation). Vielmehr adressiert diese Doktorarbeit jene Innovationsvorhaben, welche eine oder mehrere der o.g. Zielstellung verfolgen, ein weiteres technologisches Puzzleteil in komplexe Informationssystemlandschaften hinzufügen und somit im Zusammenspiel mit diversen weiteren IT-Systemen zur Verbesserung der Gesundheitsversorgung und/ oder ihrer Organisation beitragen. In der Auseinandersetzung mit diesen Zielstellungen und verbundenen Herausforderungen der Systementwicklung rückte das Problem fragmentierter IT-Systemlandschaften des Gesundheitswesens in den Mittelpunkt. Darunter wird der unerfreuliche Zustand verstanden, dass unterschiedliche Informations- und Anwendungssysteme nicht wie gewünscht miteinander interagieren können. So kommt es zu Unterbrechungen von Informationsflüssen und Versorgungsprozessen, welche anderweitig durch fehleranfällige Zusatzaufwände (bspw. Doppeldokumentation) aufgefangen werden müssen. Um diesen Einschränkungen der Effektivität und Effizienz zu begegnen, müssen eben jene IT-System-Silos abgebaut werden. Alle o.g. Zielstellungen ordnen sich dieser defragmentierenden Wirkung unter, in dem sie 1. verschiedene Leistungserbringer, 2. Versorgungsteams und Patient:innen, 3. Wissenschaft und Versorgung oder 4. diverse Datenquellen und moderne Auswertungstechnologien zusammenführen wollen. Doch nun kommt es zu einem komplexen Ringschluss. Einerseits suchen die in dieser Arbeit thematisierten digitalen Gesundheitsinnovationen Wege zur Defragmentierung der Informationssystemlandschaften. Andererseits ist ihre eingeschränkte Erfolgsquote u.a. in eben jener bestehenden Fragmentierung begründet, die sie aufzulösen suchen. Mit diesem Erkenntnisgewinn eröffnet sich der zweite Forschungsstrang dieser Arbeit, der sich mit der Eigenschaft der 'Interoperabilität' intensiv auseinandersetzt. Er untersucht, wie diese Eigenschaft eine zentrale Rolle für Innovationsvorhaben in der Digital Health Domäne einnehmen soll. Denn Interoperabilität beschreibt, vereinfacht ausgedrückt, die Fähigkeit von zwei oder mehreren Systemen miteinander gemeinsame Aufgaben zu erfüllen. Sie repräsentiert somit das Kernanliegen der identifizierten Zielstellungen und ist Dreh- und Angelpunkt, wenn eine entwickelte Lösung in eine konkrete Zielumgebung integriert werden soll. Von einem technisch-dominierten Blickwinkel aus betrachtet, geht es hierbei um die Gewährleistung von validen, performanten und sicheren Kommunikationsszenarien, sodass die o.g. Informationsflussbrüche zwischen technischen Teilsystemen abgebaut werden. Ein rein technisches Interoperabilitätsverständnis genügt jedoch nicht, um die Vielfalt an Diffusionsbarrieren von digitalen Gesundheitsinnovationen zu umfassen. Denn beispielsweise das Fehlen adäquater Vergütungsoptionen innerhalb der gesetzlichen Rahmenbedingungen oder eine mangelhafte Passfähigkeit für den bestimmten Versorgungsprozess sind keine rein technischen Probleme. Vielmehr kommt hier eine Grundhaltung der Wirtschaftsinformatik zum Tragen, die Informationssysteme - auch die des Gesundheitswesens - als sozio-technische Systeme begreift und dabei Technologie stets im Zusammenhang mit Menschen, die sie nutzen, von ihr beeinflusst werden oder sie organisieren, betrachtet. Soll eine digitale Gesundheitsinnovation, die einen Mehrwert gemäß der o.g. Zielstellungen verspricht, in eine existierende Informationssystemlandschaft der Gesundheitsversorgung integriert werden, so muss sie aus technischen sowie nicht-technischen Gesichtspunkten 'interoperabel' sein. Zwar ist die Notwendigkeit von Interoperabilität in der Wissenschaft, Politik und Praxis bekannt und auch positive Bewegungen der Domäne hin zu mehr Interoperabilität sind zu verspüren. Jedoch dominiert dabei einerseits ein technisches Verständnis und andererseits bleibt das Potential dieser Eigenschaft als Leitmotiv für das Innovationsmanagement bislang weitestgehend ungenutzt. An genau dieser Stelle knüpft nun der Hauptbeitrag dieser Doktorarbeit an, in dem sie eine sozio-technische Konzeptualisierung und Kontextualisierung von Interoperabilität für künftige digitale Gesundheitsinnovationen vorschlägt. Literatur- und expertenbasiert wird ein Rahmenwerk erarbeitet - das Digital Health Innovation Interoperability Framework - das insbesondere Innovatoren und Innovationsfördernde dabei unterstützen soll, die Diffusionswahrscheinlichkeit in die Praxis zu erhöhen. Nun sind mit diesem Framework viele Erkenntnisse und Botschaften verbunden, die ich für diesen Prolog wie folgt zusammenfassen möchte: 1. Um die Entwicklung digitaler Gesundheitsinnovationen bestmöglich auf eine erfolgreiche Integration in eine bestimmte Zielumgebung auszurichten, sind die Realisierung eines neuartigen Wertversprechens sowie die Gewährleistung sozio-technischer Interoperabilität die zwei zusammenhängenden Hauptaufgaben eines Innovationsprozesses. 2. Die Gewährleistung von Interoperabilität ist eine aktiv zu verantwortende Managementaufgabe und wird durch projektspezifische Bedingungen sowie von externen und internen Dynamiken beeinflusst. 3. Sozio-technische Interoperabilität im Kontext digitaler Gesundheitsinnovationen kann über sieben, interdependente Ebenen definiert werden: Politische und regulatorische Bedingungen; Vertragsbedingungen; Versorgungs- und Geschäftsprozesse; Nutzung; Information; Anwendungen; IT-Infrastruktur. 4. Um Interoperabilität auf jeder dieser Ebenen zu gewährleisten, sind Strategien differenziert zu definieren, welche auf einem Kontinuum zwischen Kompatibilitätsanforderungen aufseiten der Innovation und der Motivation von Anpassungen aufseiten der Zielumgebung verortet werden können. 5. Das Streben nach mehr Interoperabilität fördert sowohl den nachhaltigen Erfolg der einzelnen digitalen Gesundheitsinnovation als auch die Defragmentierung existierender Informationssystemlandschaften und trägt somit zur Verbesserung des Gesundheitswesens bei. Zugegeben: die letzte dieser fünf Botschaften trägt eher die Färbung einer Überzeugung, als dass sie ein Ergebnis wissenschaftlicher Beweisführung ist. Dennoch empfinde ich diese, wenn auch persönliche Erkenntnis als Maxim der Domäne, der ich mich zugehörig fühle - der IT-Systementwicklung des Gesundheitswesens

    Data- og ekspertdreven variabelseleksjon for prediktive modeller i helsevesenet : mot økt tolkbarhet i underbestemte maskinlæringsproblemer

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    Modern data acquisition techniques in healthcare generate large collections of data from multiple sources, such as novel diagnosis and treatment methodologies. Some concrete examples are electronic healthcare record systems, genomics, and medical images. This leads to situations with often unstructured, high-dimensional heterogeneous patient cohort data where classical statistical methods may not be sufficient for optimal utilization of the data and informed decision-making. Instead, investigating such data structures with modern machine learning techniques promises to improve the understanding of patient health issues and may provide a better platform for informed decision-making by clinicians. Key requirements for this purpose include (a) sufficiently accurate predictions and (b) model interpretability. Achieving both aspects in parallel is difficult, particularly for datasets with few patients, which are common in the healthcare domain. In such cases, machine learning models encounter mathematically underdetermined systems and may overfit easily on the training data. An important approach to overcome this issue is feature selection, i.e., determining a subset of informative features from the original set of features with respect to the target variable. While potentially raising the predictive performance, feature selection fosters model interpretability by identifying a low number of relevant model parameters to better understand the underlying biological processes that lead to health issues. Interpretability requires that feature selection is stable, i.e., small changes in the dataset do not lead to changes in the selected feature set. A concept to address instability is ensemble feature selection, i.e. the process of repeating the feature selection multiple times on subsets of samples of the original dataset and aggregating results in a meta-model. This thesis presents two approaches for ensemble feature selection, which are tailored towards high-dimensional data in healthcare: the Repeated Elastic Net Technique for feature selection (RENT) and the User-Guided Bayesian Framework for feature selection (UBayFS). While RENT is purely data-driven and builds upon elastic net regularized models, UBayFS is a general framework for ensembles with the capabilities to include expert knowledge in the feature selection process via prior weights and side constraints. A case study modeling the overall survival of cancer patients compares these novel feature selectors and demonstrates their potential in clinical practice. Beyond the selection of single features, UBayFS also allows for selecting whole feature groups (feature blocks) that were acquired from multiple data sources, as those mentioned above. Importance quantification of such feature blocks plays a key role in tracing information about the target variable back to the acquisition modalities. Such information on feature block importance may lead to positive effects on the use of human, technical, and financial resources if systematically integrated into the planning of patient treatment by excluding the acquisition of non-informative features. Since a generalization of feature importance measures to block importance is not trivial, this thesis also investigates and compares approaches for feature block importance rankings. This thesis demonstrates that high-dimensional datasets from multiple data sources in the medical domain can be successfully tackled by the presented approaches for feature selection. Experimental evaluations demonstrate favorable properties of both predictive performance, stability, as well as interpretability of results, which carries a high potential for better data-driven decision support in clinical practice.Moderne datainnsamlingsteknikker i helsevesenet genererer store datamengder fra flere kilder, som for eksempel nye diagnose- og behandlingsmetoder. Noen konkrete eksempler er elektroniske helsejournalsystemer, genomikk og medisinske bilder. Slike pasientkohortdata er ofte ustrukturerte, høydimensjonale og heterogene og hvor klassiske statistiske metoder ikke er tilstrekkelige for optimal utnyttelse av dataene og god informasjonsbasert beslutningstaking. Derfor kan det være lovende å analysere slike datastrukturer ved bruk av moderne maskinlæringsteknikker for å øke forståelsen av pasientenes helseproblemer og for å gi klinikerne en bedre plattform for informasjonsbasert beslutningstaking. Sentrale krav til dette formålet inkluderer (a) tilstrekkelig nøyaktige prediksjoner og (b) modelltolkbarhet. Å oppnå begge aspektene samtidig er vanskelig, spesielt for datasett med få pasienter, noe som er vanlig for data i helsevesenet. I slike tilfeller må maskinlæringsmodeller håndtere matematisk underbestemte systemer og dette kan lett føre til at modellene overtilpasses treningsdataene. Variabelseleksjon er en viktig tilnærming for å håndtere dette ved å identifisere en undergruppe av informative variabler med hensyn til responsvariablen. Samtidig som variabelseleksjonsmetoder kan lede til økt prediktiv ytelse, fremmes modelltolkbarhet ved å identifisere et lavt antall relevante modellparametere. Dette kan gi bedre forståelse av de underliggende biologiske prosessene som fører til helseproblemer. Tolkbarhet krever at variabelseleksjonen er stabil, dvs. at små endringer i datasettet ikke fører til endringer i hvilke variabler som velges. Et konsept for å adressere ustabilitet er ensemblevariableseleksjon, dvs. prosessen med å gjenta variabelseleksjon flere ganger på en delmengde av prøvene i det originale datasett og aggregere resultater i en metamodell. Denne avhandlingen presenterer to tilnærminger for ensemblevariabelseleksjon, som er skreddersydd for høydimensjonale data i helsevesenet: "Repeated Elastic Net Technique for feature selection" (RENT) og "User-Guided Bayesian Framework for feature selection" (UBayFS). Mens RENT er datadrevet og bygger på elastic net-regulariserte modeller, er UBayFS et generelt rammeverk for ensembler som muliggjør inkludering av ekspertkunnskap i variabelseleksjonsprosessen gjennom forhåndsbestemte vekter og sidebegrensninger. En case-studie som modellerer overlevelsen av kreftpasienter sammenligner disse nye variabelseleksjonsmetodene og demonstrerer deres potensiale i klinisk praksis. Utover valg av enkelte variabler gjør UBayFS det også mulig å velge blokker eller grupper av variabler som representerer de ulike datakildene som ble nevnt over. Kvantifisering av viktigheten av variabelgrupper spiller en nøkkelrolle for forståelsen av hvorvidt datakildene er viktige for responsvariablen. Tilgang til slik informasjon kan føre til at bruken av menneskelige, tekniske og økonomiske ressurser kan forbedres dersom informasjonen integreres systematisk i planleggingen av pasientbehandlingen. Slik kan man redusere innsamling av ikke-informative variabler. Siden generaliseringen av viktighet av variabelgrupper ikke er triviell, undersøkes og sammenlignes også tilnærminger for rangering av viktigheten til disse variabelgruppene. Denne avhandlingen viser at høydimensjonale datasett fra flere datakilder fra det medisinske domenet effektivt kan håndteres ved bruk av variabelseleksjonmetodene som er presentert i avhandlingen. Eksperimentene viser at disse kan ha positiv en effekt på både prediktiv ytelse, stabilitet og tolkbarhet av resultatene. Bruken av disse variabelseleksjonsmetodene bærer et stort potensiale for bedre datadrevet beslutningsstøtte i klinisk praksis

    Investigating the learning potential of the Second Quantum Revolution: development of an approach for secondary school students

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    In recent years we have witnessed important changes: the Second Quantum Revolution is in the spotlight of many countries, and it is creating a new generation of technologies. To unlock the potential of the Second Quantum Revolution, several countries have launched strategic plans and research programs that finance and set the pace of research and development of these new technologies (like the Quantum Flagship, the National Quantum Initiative Act and so on). The increasing pace of technological changes is also challenging science education and institutional systems, requiring them to help to prepare new generations of experts. This work is placed within physics education research and contributes to the challenge by developing an approach and a course about the Second Quantum Revolution. The aims are to promote quantum literacy and, in particular, to value from a cultural and educational perspective the Second Revolution. The dissertation is articulated in two parts. In the first, we unpack the Second Quantum Revolution from a cultural perspective and shed light on the main revolutionary aspects that are elevated to the rank of principles implemented in the design of a course for secondary school students, prospective and in-service teachers. The design process and the educational reconstruction of the activities are presented as well as the results of a pilot study conducted to investigate the impact of the approach on students' understanding and to gather feedback to refine and improve the instructional materials. The second part consists of the exploration of the Second Quantum Revolution as a context to introduce some basic concepts of quantum physics. We present the results of an implementation with secondary school students to investigate if and to what extent external representations could play any role to promote students’ understanding and acceptance of quantum physics as a personal reliable description of the world

    Unveiling the frontiers of deep learning: innovations shaping diverse domains

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    Deep learning (DL) enables the development of computer models that are capable of learning, visualizing, optimizing, refining, and predicting data. In recent years, DL has been applied in a range of fields, including audio-visual data processing, agriculture, transportation prediction, natural language, biomedicine, disaster management, bioinformatics, drug design, genomics, face recognition, and ecology. To explore the current state of deep learning, it is necessary to investigate the latest developments and applications of deep learning in these disciplines. However, the literature is lacking in exploring the applications of deep learning in all potential sectors. This paper thus extensively investigates the potential applications of deep learning across all major fields of study as well as the associated benefits and challenges. As evidenced in the literature, DL exhibits accuracy in prediction and analysis, makes it a powerful computational tool, and has the ability to articulate itself and optimize, making it effective in processing data with no prior training. Given its independence from training data, deep learning necessitates massive amounts of data for effective analysis and processing, much like data volume. To handle the challenge of compiling huge amounts of medical, scientific, healthcare, and environmental data for use in deep learning, gated architectures like LSTMs and GRUs can be utilized. For multimodal learning, shared neurons in the neural network for all activities and specialized neurons for particular tasks are necessary.Comment: 64 pages, 3 figures, 3 table

    NEMISA Digital Skills Conference (Colloquium) 2023

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    The purpose of the colloquium and events centred around the central role that data plays today as a desirable commodity that must become an important part of massifying digital skilling efforts. Governments amass even more critical data that, if leveraged, could change the way public services are delivered, and even change the social and economic fortunes of any country. Therefore, smart governments and organisations increasingly require data skills to gain insights and foresight, to secure themselves, and for improved decision making and efficiency. However, data skills are scarce, and even more challenging is the inconsistency of the associated training programs with most curated for the Science, Technology, Engineering, and Mathematics (STEM) disciplines. Nonetheless, the interdisciplinary yet agnostic nature of data means that there is opportunity to expand data skills into the non-STEM disciplines as well.College of Engineering, Science and Technolog

    AI: Limits and Prospects of Artificial Intelligence

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    The emergence of artificial intelligence has triggered enthusiasm and promise of boundless opportunities as much as uncertainty about its limits. The contributions to this volume explore the limits of AI, describe the necessary conditions for its functionality, reveal its attendant technical and social problems, and present some existing and potential solutions. At the same time, the contributors highlight the societal and attending economic hopes and fears, utopias and dystopias that are associated with the current and future development of artificial intelligence

    Mining Butterflies in Streaming Graphs

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    This thesis introduces two main-memory systems sGrapp and sGradd for performing the fundamental analytic tasks of biclique counting and concept drift detection over a streaming graph. A data-driven heuristic is used to architect the systems. To this end, initially, the growth patterns of bipartite streaming graphs are mined and the emergence principles of streaming motifs are discovered. Next, the discovered principles are (a) explained by a graph generator called sGrow; and (b) utilized to establish the requirements for efficient, effective, explainable, and interpretable management and processing of streams. sGrow is used to benchmark stream analytics, particularly in the case of concept drift detection. sGrow displays robust realization of streaming growth patterns independent of initial conditions, scale and temporal characteristics, and model configurations. Extensive evaluations confirm the simultaneous effectiveness and efficiency of sGrapp and sGradd. sGrapp achieves mean absolute percentage error up to 0.05/0.14 for the cumulative butterfly count in streaming graphs with uniform/non-uniform temporal distribution and a processing throughput of 1.5 million data records per second. The throughput and estimation error of sGrapp are 160x higher and 0.02x lower than baselines. sGradd demonstrates an improving performance over time, achieves zero false detection rates when there is not any drift and when drift is already detected, and detects sequential drifts in zero to a few seconds after their occurrence regardless of drift intervals
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