人工智能技术帮助科学家探索重大疾病

美国艾伦细胞科学研究所(Allen Institute for CellScience)的科研人员利用人工智能技术开发了一种人类活体细胞3D模型,并向外部人员免费提供,可帮助科学家们探索癌症、阿兹海默症等重大疾病。

西雅图弗雷德哈钦森癌症研究中心(Fred Hutchinson Cancer Research Center)的研究员Roger Brent并没有参与该技术的开发,但他已经用了好几个月,称得上是头号粉丝了。Brent表示,借助该模型,科学家可以用一个简单的显微镜观察事物,这将对全世界的研究人员都有帮助——包括那些不太富裕的地方。

艾伦研究所的科学家Greg Johnson参与创建了该细胞模型,他表示通过给科学家提供一种相对简单而廉价的方法来比较健康和不健康细胞的内部组织,将加速找出癌症等疾病病因的步伐。

该模型被称为艾伦集成细胞(Allen Integrated Cell),是利用人工智能开发的。计算机通过程序设计而进行学习,并研究了数以万计的人类活体干细胞的图像。其中一些细胞经过基因改造,可以产生可见的内部结构,如线粒体。其他的是未被改变的细胞,需通过标准实验室显微镜观察。随着时间的推移,此类计算机模型学会了观察典型细胞的图像并找出它的内部组织。

Johnson说:“所以,当我给模型提供一个细胞和细胞核的图像时,我们可以预测所有这些结构的位置。使用人工智能研究细胞内部结构要比其他方法更有优势。”他表示,依靠基因改造、特殊染料或强光技术往往会改变或破坏科学家正在努力研究的细胞。此外,这些技术依赖于昂贵的设备,而并不是每个实验室都支付得起。

艾伦研究所的计算生物学家兼医学插画家Graham Johnson表示,到目前为止,还没有很好的替代方案。在高中和大学时期,他曾试图用传统的显微镜研究细胞。Graham Johnson:“你会看到一个黑白分明的物体,里面有很多较小的物体,它们四处移动,变换形状,做各种各样的神秘事情。但是还没有好的方法来识别这些形状或者理解它们的行为。”后来,作为一名医学插画师,他获得了能够识别细胞内部结构的技术。但即便如此,也只能同时观察两三个组成部分。“你真的需要能够看到所有这些组成部分,看看它们是如何一起工作的,”他说。新的细胞模型应该会使这个愿望成为可能。

Brent正在研究酵母细胞,目的是了解导致某些细胞患病而另一些细胞保持健康的因素。对他来说,这项技术已经被证明是有用的。他的实验室已经开发出了艾伦研究所模型的一个版本,可以显示酵母细胞的内部结构。他说:“我希望,到夏天结束时,我们可以有一些训练有素的模型来帮助其他研究人员。”Brent表示,运行这些模型所需的硬件确实是可以负担得起的,他的酵母模型是由三个设计用于运行视频游戏的廉价图形处理器驱动的。

Brent称,大约在十年内,手机将强大到足以运行3D细胞模型。这可能意味着,即使是在发展中国家,一个基础实验室也可以探查到癌细胞内部,确定哪种治疗效果最好。

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