 “相信你身體發(fā)出的信號”，的確是一個很好的建議。研究人員在不遺余力地向我們展示，我們體內(nèi)的腸胃等器官狀態(tài)對我們的生活質(zhì)量有著具有巨大且往往看不見的影響。 消化道和皮膚上的細菌、真菌、病毒和原生動物被稱為微生物群系或微生物組，會對我們的健康、福祉、情緒、壽命甚至體重產(chǎn)生重大影響。微生物組研究人員認為，就人類生命而言，微生物組扮演的角色可能與 DNA 同等重要。 微生物組與 DNA 一樣，都很復雜。其包含超過 100 萬億個生物體，其遺傳物質(zhì)比人類基因組多 200 倍。若要分析一個人的腸道菌群，可能一輩子的時間也不夠。 在人工智能（AI）和先進的計算機硬件幫助下，該項任務的時間被縮短到以分鐘計算，可虛擬識別人體生物群系中的每個微生物，檢測人眼不可見的模式和變化，并分析其相互作用。 “NIH 人類微生物組項目”等微生物組研究旨在顯示人類微生物組的可行性，目標是能夠更好地診斷、治療疾病。 遺傳學和微生物學近年來，遺傳學占據(jù)了科技和人類健康類新聞的大部分版面。“人類基因組計劃”的測序項目于 2003 年完成，繪制了所有 20,500 個人類基因，由 30 億個化學堿基對組成?，F(xiàn)在，科學家們可以了解基因在 DNA 鏈中的位置及其可能的功能，便于更具針對性地向患者提供醫(yī)療服務。 最近，為了解人類健康及其改善方法，微生物群系受到了越來越多的關注。之所以對其產(chǎn)生興趣是因為：盡管微生物組的存在早已為人熟知，但其復雜的組成限制了研究人員理解微生物組的能力。直至現(xiàn)在。 我們的體內(nèi)都包含很多微生物細胞，這些微生物細胞的組成和結(jié)構(gòu)與我們的身體細胞大不相同。實際上，微生物組本身就是一種有生命的有機體，約 5 磅重。這些細胞填充我們的消化道、內(nèi)臟器官、嘴、鼻子、眼睛和皮膚。微生物組的組成因人而異，由數(shù)百萬個基因組成，與身體的基因組以及我們的免疫系統(tǒng)相互作用，從而形成健康的狀態(tài)或產(chǎn)生疾病。 基因組學和生物組學就像兩個精心設計的謎題一樣，揭示了很多人類構(gòu)成的秘密。正如 Micron 美光副總裁 Sumit Sadana 最近在舊金山舉行的 Micron Insight 2018 年大會上所言，“研究者們正在致力于破解這些代碼。” 隱藏的奧秘激動人心又令人費解的基因組學和生物組學研究可能會為我們打開一扇了解未來的窗口。我們的 DNA 和微生物組狀態(tài)可以提供哪些關于我們自身、現(xiàn)在和未來的信息？可以如何預測我們的健康情況？我們?nèi)菀谆加心男┘膊。?/p> 在遺傳學領域，科學家們尋找個體基因或基因組的缺陷，以確定一個人染上阿爾茨海默氏癥等某些疾病的可能性。將來，治療過程可能會變成替換或修復那些突變基因（即基因治療）。不過我們現(xiàn)在還是無法改變基因；我們能做的選擇是改善我們的健康。 然而，通過飲食改變、藥物、甚至鍛煉，人類的微生物組可能很快發(fā)生改變。因此，通過仔細檢查腸道，我們能夠發(fā)現(xiàn)疾病出現(xiàn)和擴散的跡象，這對于改善我們的健康狀況，甚至延長壽命都至關重要。 借助科學研究領域的人工智能和機器學習，科學家盡可能多地采集人的微生物學特征，以了解發(fā)生疾病變化的表征。研究者也可通過操縱生物群系，找到抵御、甚至治愈疾病的方法。 如果我們認為每個微生物組都不同，則可根據(jù)個體基因突變和生物組成對癥下藥。據(jù)此，研究者正在從簡單的診斷向預防醫(yī)學和個人醫(yī)學轉(zhuǎn)變。
在每個人的生物群系中檢測數(shù)百萬億微生物，分析速度可能比預期速度慢。通過改進后的、高級計算機系統(tǒng)（采用 Micron 美光內(nèi)存設備）支持的人工智能技術，研究者可在幾分鐘內(nèi)完成數(shù)年的人力工作（人力工作也并不一定能成功完成）。 比如，國家人類基因組研究所認為需考慮到技術如何加速基因測序（并減少成本）：
Micron 美光業(yè)務開發(fā)經(jīng)理 Eric Caward 表示：“完成這個重要的人類健康分析所需的時間和成本只會隨著內(nèi)存技術的改進而降低?！蔽⑸锝M分析領域同樣可通過更快速度、更高容量和更復雜的人工智能技術實現(xiàn)。 Sadana 認為到 2021 年，人工智能服務器所需的 DRAM 內(nèi)存預計將較標準、非人工智能服務器多 7 倍，較 NAND 閃存多兩倍?！皟?nèi)存是人工智能技術需要的原材料?！?/p> 眾多項目研究者正在探究微生物組采樣和分析對健康診斷和護理的益處。很快，護理人員就可收集我們的微生物組樣本、血液和尿液，作為常規(guī)健康檢查的一部分。 為了使該樣本分析更有意義，科學家需要數(shù)據(jù)庫的輔助。美國國家衛(wèi)生研究院的“我們所有人”計劃旨在采集 100 多萬人的數(shù)據(jù)，包括微生物組采樣數(shù)據(jù)，以有助于更準確的醫(yī)療用途。美國國家衛(wèi)生研究院的“人類微生物組計劃”（已停止）開展了許多關于腸道菌群對人類各方面健康作用的研究。目前很多其他項目正在進行中，希望可以實現(xiàn)以下目標：
視臍或仔細檢查腸道醫(yī)療領域可通過人工智能算法，更好地了解微生物組的復雜組成和相互作用，并查找人類研究者無法發(fā)現(xiàn)的相關聯(lián)系。結(jié)果可能會為糖尿病、癌癥等眾多疾病的治療帶來突破性進展。但是，目前的分析主要限于將數(shù)據(jù)庫中的個人微生物組與其他人比較。 Micron 美光公司的 Patricia Reiter 委托其中一家提供該服務的公司對其微生物組進行分析?？蛻粝揉]寄少量糞便過去，接下來就可以收到書面的分析結(jié)果了。Reiter 之所以選擇該項服務，是因為她有消化方面的問題。報告結(jié)果令她感到驚訝：她是一名魚素者，但報告顯示她的飲食不夠多樣化。 送回樣本時，她對此還持懷疑態(tài)度。Reiter 表示：“他們排除了很多可能性，如乳糜瀉和克羅恩病。我原本以為是疾病或其他原因?qū)е逻@些問題。這個報告結(jié)果令我安心，我知道了我沒有生病，而且如果飲食再多樣化一點，報告的結(jié)果還會更好?！?/p> 特別值得一提的是，報告建議她增加“益生元”（蘆筍、香蕉、燕麥和蘋果）和“益生菌”食品（酸奶、康普茶、泡菜和其他發(fā)酵食品與飲料）的攝取。盡管菊芋和牛蒡等一些推薦的食品對她來說很陌生，但是她希望通過飲食的改變來改善整體健康。 人工智能的力量在分析這些復雜的微觀生物的組成、結(jié)構(gòu)和相互作用時，人類需要機器的幫助。幸運的是，帶寬、內(nèi)存和速度的進步為人工智能技術鋪平了道路 - Micron 美光在上述領域名列前茅 為實現(xiàn)上述新功能，Micron 美光開發(fā)了三款必要的內(nèi)存產(chǎn)品：低功耗、高密度的 DRAM；高速運行的 NAND 閃存和 3D XPoint? 技術。 Sadana 表示：“Micron 美光云數(shù)據(jù)中心的產(chǎn)品組合是完整的人工智能產(chǎn)品組合，它可以擴展到各個層次。 研究者希望可以告別'一刀切’的模式?！辈辉俨聹y?；蚪M學、生物組學、活體組織檢查、虛擬和預測診斷以及其他人工智能輔助領域可實現(xiàn)比以往更具預防性、預測性和個性化的精準用藥，為人類帶來更長壽命、更加優(yōu)質(zhì)和幸福的生活。 Sadana 表示：“人工智能將改變醫(yī)療領域?！蹦切┺D(zhuǎn)變正在由內(nèi)而外地進行中。 |
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