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, 科学家们通过寻找单个基因或基因群的缺陷来确定一个人患上某些疾病的可能性，比如阿尔茨海默氏症或糖尿病. 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. 因此，能够通过仔细检查肠道来发现疾病发展或即将发生的迹象，对改善我们的健康甚至延长我们的生命都是无价的.

使用人工智能和机器学习, 科学的目标是随着时间的推移，捕捉尽可能多的人的微生物特征，以了解哪些变化预示着即将发生的疾病. 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, 研究人员正在努力从简单的诊断转向预防和个人医疗.

\n
• 预测: 人们认为，一个人的微生物群在生病或疾病发生前几个月甚至几年就会发生变化. 但饮食、压力、运动和其他因素也会改变微生物群. 医学科学家正在努力了解哪些变异是由于生活方式的不同造成的，哪些表明了一种新生疾病或疾病. 检查健康人的微生物组可以为分析任何随时间变化提供一个基线.
\n
• 预防: 研究人员正在寻求利用人体系统中的微生物类型及其活动来帮助提出预防包括糖尿病在内的疾病的建议, 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.
\n
• 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.
\n

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. 随着先进计算机系统驱动的人工智能的进步，以及美光存储器的支持，研究人员希望在几分钟内完成人类需要多年才能完成的事情, 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:

\n
• 第一次人类基因组测序始于1990年，耗时13年完成，耗资10亿美元.
\n
• 十年后，DNA测序只需要两三天，花费5000美元.
\n
• 今天，测序一个人的完整基因组只需要20分钟，花费600美元.
\n

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. 微生物组研究人员会认为，微生物组在塑造我们个人命运方面可能扮演着与DNA一样重要的角色.

和DNA一样，微生物群也是 极其复杂的. 它包含超过100万亿个生物体，包含的遗传物质是人类基因组的200倍. 分析一个人的肠道菌群可能需要一辈子的时间.

在人工智能(AI)和最先进的计算硬件的帮助下，这项任务已经缩短到几分钟, 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是为了证明人类微生物组特征的可行性，并希望能更好地诊断和治疗疾病.

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. 现在，科学家们可以了解基因在DNA链中的位置以及它们的功能, 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, 被认为与身体的基因组以及我们的免疫系统相互作用，产生健康或疾病的条件.

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, 科学家们通过寻找单个基因或基因群的缺陷来确定一个人患上某些疾病的可能性，比如阿尔茨海默氏症或糖尿病. 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. 因此，能够通过仔细检查肠道来发现疾病发展或即将发生的迹象，对改善我们的健康甚至延长我们的生命都是无价的.

使用人工智能和机器学习, 科学的目标是随着时间的推移，捕捉尽可能多的人的微生物特征，以了解哪些变化预示着即将发生的疾病. 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, 研究人员正在努力从简单的诊断转向预防和个人医疗.

• 预测: 人们认为，一个人的微生物群在生病或疾病发生前几个月甚至几年就会发生变化. 但饮食、压力、运动和其他因素也会改变微生物群. 医学科学家正在努力了解哪些变异是由于生活方式的不同造成的，哪些表明了一种新生疾病或疾病. 检查健康人的微生物组可以为分析任何随时间变化提供一个基线.
• 预防: 研究人员正在寻求利用人体系统中的微生物类型及其活动来帮助提出预防包括糖尿病在内的疾病的建议, 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.
• 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.

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. 随着先进计算机系统驱动的人工智能的进步，以及美光存储器的支持，研究人员希望在几分钟内完成人类需要多年才能完成的事情, 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:

• 第一次人类基因组测序始于1990年，耗时13年完成，耗资10亿美元.
• 十年后，DNA测序只需要两三天，花费5000美元.
• 今天，测序一个人的完整基因组只需要20分钟，花费600美元.

“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.

随着记忆技术的进步，完成这项对人类健康至关重要的分析所需的时间和成本只会越来越少, 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

研究人员正在研究微生物组取样和分析对健康诊断和护理的好处. 很快, 作为常规健康检查的一部分，护理人员可能会收集我们的微生物组样本以及血液和尿液.

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《沙巴体育结算平台》杂志上. 这些微生物还会影响我们消化道和其他器官的炎症水平.
• 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 检测生活在消化系统中的细菌群落的模式——人类几乎肯定无法看到的模式. 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. 我们体内微生物群的组成被假设会影响我们对药物治疗的反应以及我们对某些药物的代谢 美国国家医学图书馆摘要.
• 老化. 微生物组在健康老龄化中的作用是加州大学圣地亚哥分校和IBM研究院健康生活人工智能中心的一个重点. 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. 它已经证实，帕金森氏症和其他与衰老有关的疾病与微生物群有关. 该中心使用人工智能技术筛选和分析研究和抽样提供的大量数据.

沉思，还是审视内心

人工智能算法可以帮助医学领域更好地了解微生物群的复杂组成和相互作用，并找到人类研究人员无法找到的关联. 其结果可能会在包括糖尿病和癌症在内的一系列疾病的治疗上取得突破. 今天, 然而, 分析大多局限于将一个人的微生物组与数据库中的其他人进行比较.

美光公司的Patricia Reiter委托一家提供这项服务的公司对她的微生物群进行分析. 参与, 顾客只需邮寄少量粪便，然后收到一份书面分析报告. 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.

“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.