 “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(xì)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(rèn)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(fù)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(jìn)的計算機(jī)硬件幫助下，該項任務(wù)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(biāo)是能夠更好地診斷、治療疾病。 遺傳學(xué)和微生物學(xué)近年來，遺傳學(xué)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(xué)堿基對組成?，F(xiàn)在，科學(xué)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(wù)。 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(guān)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(fù)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(xì)胞，這些微生物細(xì)胞的組成和結(jié)構(gòu)與我們的身體細(xì)胞大不相同。實際上，微生物組本身就是一種有生命的有機(jī)體，約 5 磅重。這些細(xì)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(xué)和生物組學(xué)就像兩個精心設(shè)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?！?/p> 隱藏的奧秘激動人心又令人費解的基因組學(xué)和生物組學(xué)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(guān)于我們自身、現(xiàn)在和未來的信息？可以如何預(yù)測我們的健康情況？我們?nèi)菀谆加心男┘膊。?/p> 在遺傳學(xué)領(lǐng)域，科學(xué)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(fù)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(xì)檢查腸道，我們能夠發(fā)現(xiàn)疾病出現(xiàn)和擴(kuò)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(guān)重要。 借助科學(xué)研究領(lǐng)域的人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)，科學(xué)家盡可能多地采集人的微生物學(xué)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(rèn)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(yù)防醫(yī)學(xué)和個人醫(yī)學(xué)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(yù)期速度慢。通過改進(jìn)后的、高級計算機(jī)系統(tǒng)（采用 Micron 美光內(nèi)存設(shè)備）支持的人工智能技術(shù)，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(rèn)為需考慮到技術(shù)如何加速基因測序（并減少成本）：
Micron 美光業(yè)務(wù)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(shù)的改進(jìn)而降低?！蔽⑸锝M分析領(lǐng)域同樣可通過更快速度、更高容量和更復(fù)雜的人工智能技術(shù)實現(xiàn)。 Sadana 認(rèn)為到 2021 年，人工智能服務(wù)器所需的 DRAM 內(nèi)存預(yù)計將較標(biāo)準(zhǔn)、非人工智能服務(wù)器多 7 倍，較 NAND 閃存多兩倍。“內(nèi)存是人工智能技術(shù)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(hù)理的益處。很快，護(hù)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(xué)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(zhǔn)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(guān)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(jìn)行中，希望可以實現(xiàn)以下目標(biāo)：
視臍或仔細(xì)檢查腸道醫(yī)療領(lǐng)域可通過人工智能算法，更好地了解微生物組的復(fù)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(guān)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(jìn)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(wù)的公司對其微生物組進(jìn)行分析。客戶先郵寄少量糞便過去，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(wù)，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。” 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(fù)雜的微觀生物的組成、結(jié)構(gòu)和相互作用時，人類需要機(jī)器的幫助。幸運的是，帶寬、內(nèi)存和速度的進(jìn)步為人工智能技術(shù)鋪平了道路 - Micron 美光在上述領(lǐng)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(shù)。 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(kuò)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(xué)、生物組學(xué)、活體組織檢查、虛擬和預(yù)測診斷以及其他人工智能輔助領(lǐng)域可實現(xiàn)比以往更具預(yù)防性、預(yù)測性和個性化的精準(zhǔn)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(lǐng)域?！蹦切┺D(zhuǎn)變正在由內(nèi)而外地進(jìn)行中。 |
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