llm clinical-reasoning context-filtering interactive-reasoning question-asking confidence-abstention medical-benchmarks mediq
Abstract
Users typically engage with LLMs interactively, yet most existing benchmarks evaluate them in a static, single-turn format, posing reliability concerns in interactive scenarios. We identify a key obstacle towards reliability: LLMs are trained to answer any question, even with incomplete context or insufficient knowledge. In this paper, we propose to change the static paradigm to an interactive one, develop systems that proactively ask questions to gather more information and respond reliably, and introduce an benchmark - MediQ - to evaluate question-asking ability in LLMs. MediQ simulates clinical interactions consisting of a Patient System and an adaptive Expert System; with potentially incomplete initial information, the Expert refrains from making diagnostic decisions when unconfident, and instead elicits missing details via follow-up questions. We provide a pipeline to convert single-turn medical benchmarks into an interactive format. Our results show that directly prompting state-of-the-art LLMs to ask questions degrades performance, indicating that adapting LLMs to proactive information-seeking settings is nontrivial. We experiment with abstention strategies to better estimate model confidence and decide when to ask questions, improving diagnostic accuracy by 22.3%; however, performance still lags compared to an (unrealistic in practice) upper bound with complete information upfront. Further analyses show improved interactive performance with filtering irrelevant contexts and reformatting conversations. Overall, we introduce a novel problem towards LLM reliability, an interactive MediQ benchmark and a novel question-asking system, and highlight directions to extend LLMs' information-seeking abilities in critical domains.
한국어 요약
한 줄 요약
MediQ는 의료 상황에서 신뢰할 수 있는 대화형 추론을 위해 설계된 새로운 벤치마크와 질문 제기 시스템을 제시한다.
핵심 기여도
- 기존 단일 턴 QA 벤치마크를 대화형 MediQ 벤치마크로 전환하는 파이프라인을 제시.
- MediQ는 환자 시스템과 전문가 시스템 간의 상호작용을 시뮬레이션하며, 불확실한 정보 상황에서 질문 제기 능력을 평가.
- 최신 LLM(GPT-4, Llama-3)이 대화형 질문 제기에서 11.3%의 정확도 하락을 보임.
- 신뢰도 추정 전략(이유 생성, 자기일관성)을 도입하여 전문가 시스템의 정확도를 22.3% 향상.
핵심 아이디어
기존 의료 QA 벤치마크는 모든 정보가 단일 턴에 제공되는 형식을 가정하지만, 실제 임상 상황에서는 정보가 불완전하며, 의사 결정을 위해 추가 질문이 필요하다. 이에 따라, MediQ는 초기 정보가 제한된 환경에서 전문가 시스템이 적절한 질문을 제기하는 능력을 평가하는 새로운 대화형 벤치마크로 설계되었다. 전문가 시스템은 단순히 답변하는 것이 아니라, 정보가 부족할 경우 질문을 통해 추가 정보를 수집해야 하며, 이는 기존 LLM의 학습 방식과는 근본적으로 다르다. 이 연구는 LLM이 신뢰성 있는 대화형 추론을 수행하기 위해 정보 수집 능력을 개선해야 한다는 통찰을 제시한다.
기술적 접근법
- **MediQ 벤치마크**: MedQA와 Craft-MD 데이터셋을 대화형(iMedQA, iCraft-MD)으로 변환.
- **Patient System**: 환자의 기록에서 정확한 사실을 검색하여 전문가 시스템의 질문에 응답.
- **Expert System**: GPT-3.5, GPT-4, Llama-3 등 최신 LLM 기반으로 설계.
- **Abstention Strategies**: 이론 생성 및 자기일관성 기반의 신뢰도 추정을 통해 질문 제기 시점을 결정.
- **Quantization**: Llama 모델은 4bit/8bit 양자화를 통해 GPU 사용량을 줄임.
주요 결과
- GPT-3.5와 Llama-3 모델이 질문 제기 없이 답변할 때의 정확도 대비, 질문 제기 시 11.3%의 정확도 하락.
- 신뢰도 추정 전략을 도입한 후, iMedQA에서 전문가 시스템의 정확도가 22.3% 향상.
- 완전한 정보가 제공된 경우의 상한선 대비 10.3%의 성능 격차가 남음.
- 불필요한 문맥 필터링과 대화 형식 재구성으로 대화형 성능 개선.
의의 및 한계
MediQ는 LLM이 대화형 상황에서 신뢰성 있게 정보를 수집하고 의사 결정을 내리는 능력을 평가하는 새로운 벤치마크로, 의료 분야를 포함한 고위험 분야에서의 LLM 활용 가능성을 확장한다. 그러나 기존 LLM은 대화형 질문 제기에서 여전히 성능 저하를 보이며, 이 분야의 연구가 필요하다. 또한, 현재는 주로 MedQA와 Craft-MD 데이터셋에 기반하며, 더 다양한 환자 시스템과 의료 지식 통합이 필요하다는 한계가 있다.
실용적 활용
MediQ는 의료 상담, 진단 지원, 환자-의사 대화 시스템 등에서 LLM의 신뢰성과 정확도를 향상시키는 데 활용될 수 있다. 특히, 정보가 제한된 상황에서 적절한 질문을 통해 정확한 판단을 유도하는 시스템 개발에 기여할 수 있다.