人工智能到底能在攻克癌症上发挥多大作用?

2016-11-30 16:41 来源: 36氪
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  如果人工智能能够帮助人们攻克癌症,将是科学史上的重大进步。

  11月29日,共同社发布消息称,日本国立癌症研究中心将与产业技术综合研究所等共同开发运用人工智能的系统,为向每一位癌症患者提供最合适的治疗方案。

  这已经是近一个月第三个将AI运用治疗癌症中的消息了。

  此前,计算机图形芯片制造商Nvidia和美国国家癌症研究所以及能源部合作,计划开发出一个名为“癌症分布式学习环境”加速癌症研究的人工智能框架平台。IBM的“沃森”人工智能与麻省理工学院(MIT)和哈佛大学布罗德研究所的科研人员携手,发起癌症基因组计划。

  那么,AI要怎么帮助人们攻克癌症呢?能帮助人们攻克癌症吗?

  要回答上述问题,首先要对癌症的难以攻克有所了解。简单来说,癌症由一系列的DNA突变造成,突变也赋予了癌症逃离生长抑制、不依赖生长增殖信号、永生、入侵和转移、血管生成等能力,所以难以攻克。

  知乎上“帅世民”的答案很形象地解释了癌症发生的过程:

  假设癌细胞是士兵的话,我们体内的正常细胞则是手无寸铁的平民。癌症发生的过程就是平民武装自己,发生起义或暴动的过程。突变的作用正是给予这些平民武器和装备。

  那么这些装备能有多厉害?我们知道,正常细胞和我们人一样都有个生老病死。而且人类进化到现在,细胞内外也都有一套比广电总局还厉害的审查制度,细胞真想造反也是很难的。

  举个例子,一般情况下,在细胞增殖的过程中,如果我们的遗传物质(DNA)在复制过程中不小心出了很难修复的错误(该错误可能诱发突变),为了防止这个细胞今后捣蛋,细胞内有一套机制可以把这个细胞杀死(细胞凋亡)。

  细胞内掌管这个生杀大权的蛋白叫TP53,这家伙也是癌症研究的明星蛋白之一。因为TP53可以减少坏细胞的增殖,也就是可以抑制癌症的产生,我们把TP53这类可以抑制癌症生成的基因叫做抑瘤基因。

  我们可以想像,正常细胞想造反,有这么个蛋白在是麻烦的。因此,很多癌症细胞都有TP53的突变(如至少四分之一的乳腺癌患者),也就是把这个碍事的家伙给废了。这个例子告诉了我们突变能给予细胞的很重要的装备之一——逃离生长抑制。

  突变除了能让细胞不受生长抑制之外,还能给予细胞很多其他的能力。如正常细胞的增殖是受到了严格的调控的。这有点像我们国家的“计划生育”政策,不是你想生几个都是允许的,要想多生是需要“准生证”一类的东西的。

  细胞也是如此,要想多增殖是需要相关的信号的。而突变可以让细胞在没有或只有伪造的“准生证”的情况下大量繁殖。这是突变给予细胞的另一样重磅武器——不依赖生长增殖信号。

  除此之外,突变还可以让癌症大军获得永生、入侵和转移、血管生成等能力,这里就不一一赘述了。总而言之,突变给予了正常细胞巨大的生存优势,并最终发展成癌症。

  目前,各个医学机构与公司利用人工智能的方式不尽相同,想要达成的目的也不一样。

  日本想要开发的诊疗系统,想要以癌症中心积累的患者基因组(所有遗传信息)以及血液检查、图像诊断等庞大信息为基础建立数据库,并与医学论文等的研究成果相对照,将人工智能运用在诊断以及治疗中。

  从这个模式中可以看出,该系统会严重受到医学论文等研究成果的限制,只能用作快速正确地诊断癌症,并基于已有的研究成果来给出治疗方案,距离攻克癌症尚有很大的距离。

  IBM和MIT以及哈佛大学发起的癌症基因组计划,主要是通过对数千个抗药肿瘤进行研究,并利用“沃森”强大的计算和机器学习能力帮助理解癌症如何对药物产生耐药性。

  也可以看出他们的重心是在通过人工智能来识别癌症的耐药性,从而让药物更加有效,对于治疗癌症来说,将会是一个非常大的突破,但真正从根本上攻克很难。

  Nvidia牵头发起的“癌症分布式学习环境”,目的是通过开发和改进该人工智能框架,来解决癌症治疗的三大问题:

  通过提升科学家们对DNA和RNA中基因签名的理解,来帮助预测哪一种疗法会对患者产生作用;加速蛋白质交互作用的模拟过程(该过程在早期癌症的形成中扮演了重要的角色);整理数以百万计的癌症患者资料,从而构建一个综合性的监测癌症疾病转移和复发的数据库。

  Nvidia的系统,同样是基于当前医学对癌症的研究来推动个性化治疗。对攻克癌症上的帮助也只是加快科学家的研究进度而已。

  从这几方将AI运用到癌症治疗中的具体做法来看,人工智能在帮助人们攻克癌症的道路上的作用在很大程度上会受到医学对癌症研究的限制。换句话说,人工智能的作用仅限于加快攻克癌症的速度,真正的进展还是要基于生物学和医学——从对基因、细胞入手才能完成。

  让人惊艳的是,微软此前在英国剑桥成立了生物运算部门,召集了150名世界顶尖的生物学家、程序员以及工程师,想要利用人工智能作为武器对癌症发起进攻。

  他们的基本思路是:利用开拓性的计算机科学技术破解患病细胞代码,对患病细胞进行重新编程,让其重回健康状态。

  就像通过编程可以解决电脑病毒问题,微软认为通过对人体系统编程能够消灭癌症。微软表明,将在未来的 10 年内攻克癌症问题,人类将进入真正的“无癌时代”。

  很显然,这已经不再是单纯的人工智能与医学的结合了,同时还有生物学。如果微软的技术能以实现,攻克癌症自然不在话下。

  不过,就推动人工智能在癌症治疗中运用而言,还有一个很大的困难——数据。

  简单点来理解,人工智能就是一组参数不确定的函数,参数的确定需要海量的数据来完成。在上述将几方的项目中,运用到的数据量,能否支撑起找到确切的参数,将是一个非常大的考验。具体需要多少尚且无从考证,但可以确定的是,仅仅成千上万个案例,是远远不够的。

本文来源: 36氪    
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