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亚马逊云科技人工智能与机器学习技术助力科学家绘制完整的脑部地图

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亚马逊云科技人工智能与机器学习技术助力科学家绘制完整的脑部地图

虽然神经科学家已研究了数十年,但阿尔茨海默症和帕金森症等脑部疾病的治疗方法仍旧进展缓慢,其原因在于脑部是人体中最复杂、最难了解的器官。关于脑部研究的数据集虽然数量众多,但却离散多元,而且通常不能够用统一的科学语言来描述。

艾伦脑科学研究所助理研究员Rebecca Hodge博士(Erik Dinnel拍摄,艾伦研究所

艾伦脑科学研究所助理研究员Rebecca Hodge博士(Erik Dinnel拍摄,艾伦研究所)

“尽管投入了大量资金,但我们尚未找到解决主要脑部疾病的方法”艾伦研究所脑科学高级研究员Ed Lein表示,“我们拥有大量信息,但这些信息没有经过整合或很难综合处理。”

在美国国立卫生研究院(NIH)的资助和亚马逊云科技技术的支持下,艾伦研究所正在领导脑知识平台(Brain Knowledge Platform),以期解决这一问题。

脑知识平台工作的一部分是绘制一张全新的、精确到单个细胞的完整脑部地图,这项工作由Lein和来自世界各地的17家研究机构的神经科学研究人员主导。此外,艾伦研究所数据和技术主管Shoaib Mufti带领团队与亚马逊云科技合作,将利用这张脑图创建全球最大的脑细胞开源数据库。这是人类首次对关于哺乳动物大脑结构和功能的大规模数据集进行汇编和标准化。

这个项目致力于更好地诊断和治疗精神和神经疾病,这些疾病影响美国五分之一以上人口,每年给美国造成1.5万亿美元的经济损失。

Lein表示:“化学有元素周期表,基因组学有极具变革性的人类基因组图,神经科学也要有类似的基础资源,脑知识平台将帮助创建这一资源。”

艾伦研究所脑科学高级研究员Ed Lein博士(Erik Dinnel拍摄,艾伦研究所)

艾伦研究所脑科学高级研究员Ed Lein博士(Erik Dinnel拍摄,艾伦研究所)

该平台的核心是单细胞基因组学。有了测量单个脑细胞基因的新技术,研究人员现在可以更好地了解大脑细胞的复杂性以及赋予细胞独特功能的基因。这些高度详实的细胞图谱将帮助研究人员了解疾病的起源,并最终助力临床医生准确找出阿尔茨海默症和帕金森症等疾病的成因。

“研究人员将通过这一知识平台获得现有基础设施无法提供的新发现。”Mufti表示,“一旦分散的信息碎片相互连接,我们就可以将健康大脑的数据与患病大脑的信息关联起来——这将释放巨大潜力。”

该平台还能关联不同物种的脑部研究,Lein预计该知识图谱最终将能够整合所有哺乳动物的生物学信息。

将脑部约2000亿个细胞产生的数据转变为可存储、分析和访问的开源工具的正是云计算。基于此,临床医生或将能够找到脑疾病的治疗方法。亚马逊云科技的高性能计算能力和Amazon SageMaker帮助艾伦研究所管理所有数据,并且可跨多个工作负载进行扩展。艾伦研究所正在使用亚马逊云科技的人工智能(AI)和机器学习(ML)服务,并计划在未来部署生成式AI,将庞大、复杂、多模态的数据转化为洞察。

艾伦脑科学研究所的研究人员(Erik Dinnel拍摄,艾伦研究所)

艾伦脑科学研究所的研究人员(Erik Dinnel拍摄,艾伦研究所)

“通过亚马逊云科技机器学习技术,利用专门构建的AI服务,研究机构能够找出新的关联和发现。”亚马逊云科技非营利健康事业董事总经理Allyson Fryhoff表示,“艾伦研究所正在使用机器学习等先进的云技术,以经济高效且可扩展的方式进一步加速科研发现。他们致力于探寻人类大脑未解之谜,这样的勇气令我们印象深刻,我们也期待着脑研究未来能有新的突破。”

美国密苏里州圣路易斯华盛顿大学神经科学教授、艾伦研究所的研究合伙人David Van Essen从事大脑研究已经50多年。他将大脑研究的加速变化比作地图的演变。

“几个世纪前,我们的地图虽然五颜六色,但却相当粗浅,只反映出当时人们对地球表面的认知。那时的制图师只是大致知道大陆和岛屿的方位,以及主要的地理和政治区域划分,但并不十分准确。”Van Essen表示,“近年来,信息爆炸以及卫星图像技术的进步,使导航工具越来越准确和方便。我们也渴望在人脑研究领域绘制越来越细致的地图,使它成为治疗大脑疾病强有力的导航工具。”

Lein和他的团队刚刚启动了这项为期五年的人脑地图绘制项目,与之前的人类基因组计划非常相似,该项目有可能为包括神经科学在内的所有医学领域打开新的发现之门。

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本文由 计算杂谈 作者:云中子 发表,转载请注明来源!

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