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人工智能助力美"抗癌登月计划":癌症能被攻克吗

【发表时间:2020-07-29 21:39:01 来源:锦思网】

科学家正准备为研究装备上的马达,加速人类对抗的征途。

作为“抗癌登月计划”、精密医学计划、国家战略计算计划三项国家性计划的结晶之一,能源部与国家卫生研究院下属的国家研究所合作,发起“先进计算解决方案的联合设计(Joint

Design of Advanced Computing Solutions for

Cancer,JDACS4C)”。作为负责人之一,阿贡国家实验室计算、环境与生命实验室副主任Rick

Stevens透露,联合设计的首个试点项目成果将在2017年的第二季度公开。

该项目于今年6月正式宣布启动,并在8月到位了第一笔资金。“抗癌登月计划”是总统奥巴马在今年1月宣布的一项科研战略目标,旨在加快研究,总预算近10亿美元。

之所以称为联合设计,是因为该项目将攻克三个基于的抗癌难题:

1. RAS分子项目。从分子层面上,了解RAS/RAF通路的蛋白质相互作用。RAS基因在上世纪60年代被发现是癌基因,存在于30%的患者中。通过结合模拟和实时筛选数据,针对RAS基因及相关信号通道,科学家希望能找到新的诊断和靶点治疗方法;

2. 临床前筛查。发展药物反应的预测模型,在临床试验前进行最大化地药物筛选,为病人提供精准方案。具体操作是对临床前和临床试验时的数据进行筛选,结合小鼠模型中的新数据,通过反馈循环让实验模型指导计算模型的设计,建立肿瘤药物反应的预测模型;

3. 人口模型。根据生活方式、所处环境、种类、体系,从百万个病人的病历数据中自动分析、获取最佳的治疗策略。海量数据来自国家卫生研究院、和药物管理局、公司和第三方付款机构。

这三个难题基于不同的尺度,对分析和提出了高要求,由来自不同领域的科学家团队在数据采集、数据分析、模式公式、模拟运行上开展合作。能源部和国家研究所各有所长,前者有精良的专家资源,而后者拥有不轻易对外公开的数据资源。如果挑战成功,现有的传统科学计算应用将被超越,推进百亿亿次级的应用,并在的帮助下,将治疗在精准化方面上一个台阶。

雄心勃勃的同时有重重困难。信息、病理报告、病历信息往往是非结构性的,它与所依靠的结构性信息存在一条“沟”,如何在非结构性和结构性信息之间转化、翻译是难点之一。

另一方面,要想有高精度的预测和解释模型仍具挑战性。比如对药物的治疗效果进行判断时,可以精确得知结果,但得到的结果是机械性的,不具备解释原因的能力。Rick Stevens设想,将机械化的模型和的模型结合起来,可以解决这一问题。

出现英特尔、IBM等公司身影

提高的能力,需要回归到高性能(HPC)的研究,离不开高性能的身影。在接受国际高性能计算网站HPCwire的采访时,Rick

Stevens透露,“先进计算解决方案的联合设计”项目已和英特尔、Cray、NVIDIA、IBM等公司达成合作关系。

今年8月,英特尔耗资4亿美元收购了Nervana Systems公司,Nervana虽是初创企业,但在领域是排头兵,拥有专为打造的全方位优化的和硬件堆栈,号称处理器速度将可达到GPU的10倍。

除了高性能,Rick

Stevens和同事还在评估最适合的框架,其中不排除谷歌、微软、Facebook等公司。另一方面,Rick

Stevens和同事也在和著名的实验室劳伦斯·利弗莫尔国家实验室合作,比如其实验室名为LBANN的可扩展人工框架。

是“抗癌登月计划”的目标之一

“抗癌登月计划”正式发起是在今年1月12日,总统奥巴马在他任内最后一次的国情咨文演讲中宣布了这个消息,旨在让抗癌的研究进展速度翻一番,减少时间成本,在5年内取得原本可能需要10年取得的成果。

是人类最早登上月球的国家,在20世纪60年代至70年代的“阿波罗计划”中,曾组织一系列载人登月飞行项目。登月对来说有着重要的符号意义。将抗癌研究项目命名于此,可见在对抗的决心。

在最后一年的总统任期中,奥巴马“快马加鞭”地落实计划。基于“抗癌登月计划”,当地时间12月13日,奥巴马签署了总额高达63亿美元的法案,用于研究、戒毒康复和精神服务。

值得一提的是,副总统拜登是“抗癌登月计划”的负责人,领导着“白宫抗癌登月计划特别小组”。拜登的儿子因脑癌在2015年去世,痛失亲人的经历驱使拜登发起这项提议,并得到了奥巴马的支持。

“先进计算解决方案的联合设计”开展的部分原因是为实现“抗癌登月计划”十大任务之一——建立数据共享系统。6月6日,拜登宣布启用抗癌登月计划的首个大型开放数据库。数据库整合了国家研究所多个研究项目、共计1.2万名患者的数据,为科研人员储存、分析和分享基因组数据及相关临床数据提供平台。

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