【科技日報(bào)】挖掘“知識顆粒” 這個(gè)團(tuán)隊(duì)把比特幣思維引入新藥創(chuàng)制
“與其把電力用在挖掘比特幣上，不如把電力用來挖掘人類的‘知識顆粒’。”中國科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所—哲源·圖靈達(dá)爾文實(shí)驗(yàn)室主任牛鋼語出驚人，人類已發(fā)表了三、四千萬篇生命科學(xué)領(lǐng)域的專業(yè)論文，利用算法、程序和高強(qiáng)算力，人類能夠?qū)σ粋€(gè)疾病進(jìn)行深度的挖掘。
挖掘“知識顆粒”，與挖比特幣相似的是都以算法、程序進(jìn)行高強(qiáng)運(yùn)算，形成一個(gè)個(gè)單元，不同的是，前者形成新藥研發(fā)的知識單元，后者形成金融支付單元。
近日，這個(gè)與寒武紀(jì)同根同源，孵化自中科院計(jì)算所高性能計(jì)算機(jī)研究中心的團(tuán)隊(duì)，經(jīng)重慶市經(jīng)信委牽線與當(dāng)?shù)厣鲜兴幤笕A森結(jié)成戰(zhàn)略合作，將“知識顆粒”的挖掘應(yīng)用于創(chuàng)新藥的研發(fā)實(shí)踐之中。
人工智能必不可少
不是所有的數(shù)據(jù)挖掘都是人工智能，走進(jìn)人工智能時(shí)代需要顛覆性的創(chuàng)新實(shí)踐。
寒武紀(jì)發(fā)布了全球首個(gè)搭載人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的芯片，哲源團(tuán)隊(duì)發(fā)揮了同樣的優(yōu)勢，在新藥創(chuàng)制系統(tǒng)中，“神經(jīng)元”的訓(xùn)練成為一大亮點(diǎn)。
“瞄準(zhǔn)新藥創(chuàng)制，我們能夠提供極大知識的驅(qū)動(dòng)。”牛鋼解釋，之所以是“極大知識”，因?yàn)榛趶?qiáng)大的算力，團(tuán)隊(duì)目前已實(shí)現(xiàn)可及論文、知識載體的全部挖掘。
數(shù)據(jù)的“密集恐懼癥”在算力充足、算法優(yōu)化的基礎(chǔ)上，已不成問題。中科院計(jì)算所高性能中心主任譚光明表示，這是面向生命科學(xué)的第五范式的主要平臺，應(yīng)首先向藥物研發(fā)行業(yè)釋放技術(shù)價(jià)值。
例如，針對免疫系統(tǒng)疾病，團(tuán)隊(duì)將全面抓取文獻(xiàn)，以不同研究方向形成“知識顆粒”，值得一提的是，這些顆粒是“活性顆粒”。“‘知識顆粒’將變成一個(gè)神經(jīng)元。”牛鋼解釋，訓(xùn)練神經(jīng)元的是現(xiàn)實(shí)世界中藥物、基因、患者之間形成的大量事實(shí)，至此，新藥創(chuàng)制系統(tǒng)中的“神經(jīng)元”不僅學(xué)會(huì)了理論也經(jīng)歷了實(shí)踐。
人工智能的特性決定了每個(gè)神經(jīng)元不是孤立的。
團(tuán)隊(duì)已完成上萬個(gè)神經(jīng)元的訓(xùn)練。在此基礎(chǔ)上，活性神經(jīng)元之間的“關(guān)系網(wǎng)”自發(fā)形成，目前已經(jīng)產(chǎn)出了400多個(gè)細(xì)胞內(nèi)確定性事件基礎(chǔ)模型，甚至可以組合出不同的腫瘤進(jìn)化情況。
疾病有了“數(shù)字孿生”，創(chuàng)新藥成本將大幅下降
“我們計(jì)劃訓(xùn)練上百萬個(gè)與疾病相關(guān)的神經(jīng)元，神經(jīng)元之間的聯(lián)系也將對現(xiàn)實(shí)進(jìn)行映射。”牛鋼表示，當(dāng)神經(jīng)元覆蓋到人體的全系統(tǒng)，人體內(nèi)的發(fā)病過程將得到數(shù)字化的“再造”。
當(dāng)疾病有了“數(shù)字孿生”，那么新藥創(chuàng)制將擁有高度仿真的“演習(xí)基地”。
當(dāng)下，各大制藥企業(yè)也都開啟了引入人工智能的手段來提升藥物的篩選效率。有統(tǒng)計(jì)顯示，一款藥物從化合物到完成臨床前研發(fā)已經(jīng)從2—3年縮短到兩個(gè)月。
“但現(xiàn)有人工智能的發(fā)力點(diǎn)多集中在少數(shù)幾個(gè)腫瘤的致病基因。”牛鋼認(rèn)為，如果只基于腫瘤1%的信息篩選藥物，那么很難提高成功率。
“數(shù)字孿生”意味著，人類有能力通過超強(qiáng)算力對腫瘤中突變的全部基因進(jìn)行考量，而不是“抓重點(diǎn)”。
“算力不足時(shí)，放棄全面抓重點(diǎn)是沒辦法的事，而一旦有了人工智能的手段，加上超強(qiáng)算力，AI能夠在新藥創(chuàng)制時(shí)面面俱到。”中科院計(jì)算所-哲源·圖靈達(dá)爾文實(shí)驗(yàn)室副主任、哲源科技COO趙宇認(rèn)為，這也是提高新藥創(chuàng)制成功率的關(guān)鍵。而提高成功率正是大大節(jié)約研發(fā)成本。
團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)是建立全新藥物數(shù)字試驗(yàn)場，將新藥創(chuàng)制的研發(fā)時(shí)間減半、投入減半，成功率提高一倍，到了臨床以后有效率提高一倍。
“人類有25000個(gè)功能基因，理論上說，對它們的系列研究是可以‘窮舉’的。”牛鋼表示，在可預(yù)見的未來，可以實(shí)現(xiàn)將25000個(gè)基因的神經(jīng)元全部建立起來，進(jìn)行對藥物、病癥的數(shù)字孿生和全息篩選。
（原載于《科技日報(bào)》 2021-06-15 02版 綜合）