我们吃什么就是什么:人工智能和人类微生物群

隐藏的秘密

最令人兴奋的之一, 和令人费解, 基因组学和生物研究的各个方面是他们可能提供的未来的窗口. 我们的DNA和微生物组在今天和明天会告诉我们什么? 他们对我们的健康有什么预测? 我们容易患上哪些疾病?

遗传学, scientists look for defects in individual genes or groups of genes to determine how likely a person might be to contract certain diseases or illnesses such as Alzheimer’s or diabetes. 有一天，治疗可能包括替换或修复这些突变基因(称为 基因治疗). 现在, 虽然, we 是 stuck with our genes; the best we can do is make lifestyle choices that improve our chances of good health.

然而，一个人的微生物群是可以改变的——相当快——通过 改变饮食结构，某些药物，甚至 锻炼. So being able to spot the signs of developing or impending disease by scrutinizing the gut could prove invaluable to improving our health and even prolonging our lives.

使用人工智能和机器学习, science aims to capture the microbiomic signatures of as many people as possible over time to learn which changes signify impending disease. 研究人员还可能找到通过控制生物群落来抵御甚至治愈疾病的方法.

If the idea is that every microbiome is different; then every treatment might be tailored to individual genetic mutations and biomic composition as well. 像这样, re搜索ers 是 striving to move from simple diagnostics to preventative and personal medicine.

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• 预测: Changes 是 虽然t to occur in a person’s microbiome months and even years before illness or disease develops. 但饮食、压力、运动和其他因素也会改变微生物群. Medical scientists 是 striving to understand which variations 是 due to differences in lifestyle and which indicate a nascent illness or disease. Examining the microbiome of a healthy person can provide a baseline from which to analyze any changes over time.
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• 预防: Re搜索ers 是 looking to use the types of microbes populating a person’s system and their activities to help make recommendations that may ward off illnesses including diabetes, 癌症和痴呆. 结合基因数据, 研究人员希望利用微生物组数据作为预防保健的组合拳.
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• 个人: 直到现在, “个性化”或“精准”医疗, 治疗方法根据个人独特的生理特征而有所不同, 很大程度上依赖于家族史和DNA分析. 研究人员正在寻找治疗方案 甚至更精确 包括微生物组的数据.
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在每个人的生物群系中都有数以万亿计的微生物需要检查, 分析的速度比一些人期望的要慢. With improvements in artificial intelligence powered by advanced computer systems — and enabled by 微米 memory — re搜索ers look to do in minutes what humans would need many years to accomplish, 如果他们能做到的话.

例如，想想技术是如何发展的 加速基因组测序 (同时也降低了成本) 国家人类基因组研究所:

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• 的 first human genome sequencing, begun in 1990, took 13 years to complete and cost $1 billion.
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• 十年后，DNA测序只需要两三天，花费5000美元.
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• 今天，测序一个人的完整基因组只需要20分钟，花费600美元.
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事实证明，“相信你的直觉”是一个很好的建议. 研究人员正在努力证明 这就是我们胃里发生的事情, 肠道和我们身体的其他部位有着巨大的, 常常看不见, 影响我们的生活质量.

细菌, 真菌, 我们消化道和皮肤上的病毒和原生动物被称为微生物群落, 或者微生物群——可能在决定我们的健康方面发挥着巨大的作用, 幸福, 情绪, 长寿和均衡体重. Microbiome re搜索ers would argue that the microbiome may play as important a role as DNA in shaping our individual destinies.

和DNA一样，微生物群也是 极其复杂的. It comprises more than 100 trillion organisms and contains 200 times more genetic material than the human genome. 分析一个人的肠道菌群可能需要一辈子的时间.

With the assistance of Artificial intelligence (AI) and the most advanced computing hardw是 the task has been reduced to minutes, 在虚拟的一瞥中识别一个人的生物群系中的每一个微生物, 检测人眼看不见的模式和变化, 分析相互作用.

微生物组研究的目标，如“美国国立卫生研究院人类微生物组计划” is to demonstrate the feasibility of characterizing the human microbiome with hopes to lead to 更好的 diagnosis and treatment of illnesses and disease.

遗传学和微生物组

当涉及到科技和人类健康时, 近年来，遗传学受到了大多数性感媒体的关注. 的 人类基因组计划 DNA测序项目于2003年完成, 映射所有的20个,500个人类基因由30亿个化学碱基对组成. Now scientists can understand which genes go where in the DNA chain and what their functions may be, 使医疗能够为个别病人量身定制.

最近, 了解人类健康和改善健康的方法, 微生物群落一直备受关注. 产生这种兴趣的部分原因是, 尽管人们早就知道微生物群的存在, 它的复杂组成限制了研究人员理解它的能力. 直到现在.

我们的身体包括 至少有同样多的微生物细胞 作为人类细胞-细胞在组成和结构上不同于我们身体的细胞. 事实上，微生物群本身就是一个活的有机体，重约5磅. 的se cells populate our digestive tract; internal organs; and our mouth, nose, eyes and skin. 每个人的构成都是独一无二的, 微生物组由数百万个基因组成, 虽然t to interact with the body’s genome as well as with our immune system to produce conditions of health or disease.

就像两块复杂的拼图, 基因组学和仿生学可能会揭示我们的许多秘密，这些秘密决定了我们是谁, 正如美光公司副总裁萨米特·萨达纳在最近的 微米 Insight ' 18会议 在旧金山，“这些是研究人员试图破解的密码.”

隐藏的秘密

最令人兴奋的之一, 和令人费解, 基因组学和生物研究的各个方面是他们可能提供的未来的窗口. 我们的DNA和微生物组在今天和明天会告诉我们什么? 他们对我们的健康有什么预测? 我们容易患上哪些疾病?

遗传学, scientists look for defects in individual genes or groups of genes to determine how likely a person might be to contract certain diseases or illnesses such as Alzheimer’s or diabetes. 有一天，治疗可能包括替换或修复这些突变基因(称为 基因治疗). 现在, 虽然, we 是 stuck with our genes; the best we can do is make lifestyle choices that improve our chances of good health.

然而，一个人的微生物群是可以改变的——相当快——通过 改变饮食结构，某些药物，甚至 锻炼. So being able to spot the signs of developing or impending disease by scrutinizing the gut could prove invaluable to improving our health and even prolonging our lives.

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“美光的沙巴体育结算平台组合是云数据中心人工智能领域最完整的沙巴体育结算平台组合, 它跨越了整个层级,莎达纳说.

研究人员希望告别“一刀切”.“跟猜测说再见吧. 基因组学, biomics, 活组织检查, 虚拟和预测诊断, 和其他人工智能辅助领域努力实现更具预防性的精准医疗, 比以往任何时候都有预见性和个性化, 更长的时间, 更好的, 快乐的生活.

“人工智能将改变医学，”萨达纳说. 这些转变现在正在发生——从内到外.

的 time and cost to complete this important analysis for human health will only diminish as memory technologies improve, 美光商业发展经理埃里克·卡沃德说. 微生物组分析也是如此, 由faster启用, 高容量, 以及越来越复杂的人工智能技术.

In 2021, 我们预计用于人工智能的服务器将需要比标准多七倍的DRAM内存, 非人工智能服务器和两倍的NAND闪存, 据萨达纳说. “记忆是人工智能最终需要越来越多的原材料.”

过多的项目

Re搜索ers 是 studying the benefits of microbiome sampling and analysis for health diagnosis and c是. 很快, c是givers may collect a sample of our microbiome along with blood and urine as part of a routine wellness checkup.

然而，为了以有意义的方式分析这些样本，科学家们需要一个数据库. 美国国立卫生研究院的"我们所有人的倡议旨在收集数据, 包括微生物组采样数据, 从100多万人身上受益的精准医疗. 美国国立卫生研究院现在停止了 人类微生物组计划 对肠道菌群在人体健康的各个方面所起的作用进行了许多研究. 许多其他项目正在进行中，希望改善下列情况:

• 免疫系统改善. 微生物组作为免疫系统调节剂的作用已经被广泛接受. 从我们还是婴儿的时候起, 我们肠道中的细菌开始教我们的免疫系统“如何行动”,根据…… 这篇文章发表在《沙巴体育安卓版下载》杂志上. 的se organisms also influence levels of inflammation in our digestive tracts and other organs.
• 霍乱的预防. 杜克大学的研究人员, 马萨诸塞州总医院, 以及位于达卡的国际腹泻病研究中心, 孟加拉国, 是 使用机器学习算法 to detect patterns in communities of bacteria living in digestive systems — patterns that humans would almost certainly be unable to see. 因为不是每个接触过霍乱的人都会感染这种疾病, 会导致腹泻, 人工智能可以帮助研究人员了解谁有风险以及原因. 它还可以帮助开发疫苗.
• 药物的相互作用. 的 composition of our microbiome is hypothesized to affect how well we respond to pharmaceutical treatments and how well we metabolize certain drugs according to 美国国家医学图书馆摘要.
• 老化. 的 microbiome’s role in healthy aging is one focus of UC San Diego and IBM Re搜索’s Artificial Intelligence for Healthy Living Center. 该中心研究基因的影响, 环境因素, 日常生活习惯和人体微生物群对老年人认知能力的影响. Already it has confirmed that Parkinson’s and other diseases linked to aging have a basis in the microbiome. 的 center uses artificial intelligence technologies to sift through and analyze the enormous quantities of data that re搜索 and sampling provide.

沉思，还是审视内心

Artificial intelligence algorithms could help the medical field to 更好的 understand the microbiome’s complex composition and interactions and to find associations that human re搜索ers cannot. 的 result may be breakthroughs in treatment for a host of diseases including diabetes and cancer. 今天, 然而, analyses 是 mostly limited to comparing one individual’s microbiome with others in the database.

微米’s own Patricia Reiter commissioned an analysis of her microbiome by one of a number of companies offering the service. 参与, customers send a small amount of fecal matter in the mail and then receive a written analysis. 瑞特选择这项服务是因为她有消化问题. 这份报告让她大吃一惊:虽然我是鱼素者, 该公司提出的理由是，她的饮食不够多样化.

“他们排除了很多可能性,包括乳糜泻和克罗恩病, 说Reiter, 她补充说，当她寄来样品时，她对这个过程持怀疑态度. “我想一定是某种疾病或什么原因导致了这些问题. 它给我提供了一种内心的平静，让我知道那些倾向不在我的身体里, 希望, 如果我增加饮食的多样性，我就不会得到它们.”

特别值得注意的是，有人建议她增加“益生元”(芦笋)的摄入, 香蕉, 燕麦和苹果)和“益生菌”食物(酸奶), 康普茶, 泡菜和其他发酵食品和饮料). 一些推荐的食物，如耶路撒冷洋蓟和牛蒡根，对她来说是陌生的, 但她希望饮食的改变能改善她的整体健康状况.

人工智能的力量

分析成分, 这些复杂微生物的结构和相互作用, 人类需要机器的帮助. 幸运的是, 带宽的进步, 内存和速度正在为人工智能技术铺平道路，而美光在这方面处于领先地位.

以适应这些新功能, 美光已经开发出了基本的存储沙巴体育结算平台:低功耗, 高密度DRAM和快速NAND闪存技术.

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“人工智能将改变医学，”萨达纳说. 这些转变现在正在发生——从内到外.