AI正在制作一本人類細(xì)胞的百科全書

AI 正在制作一本人類細(xì)胞的百科全書。

我們對(duì)人類細(xì)胞的結(jié)構(gòu)了解，大部分來自高中的生物課本：細(xì)胞膜里包著圓圓的細(xì)胞核，旁邊散落著中心體、線粒體、溶酶體等幾位朋友。

但科學(xué)家表示，細(xì)胞結(jié)構(gòu)根本不是這么簡(jiǎn)單。

它的構(gòu)成遠(yuǎn)比顯微鏡下的紫色洋蔥復(fù)雜，每一個(gè)部分彼此之間都有著聯(lián)系。弄清楚這一切，對(duì)醫(yī)生診斷及疾病機(jī)制研究非常有好處。

50 個(gè)來自細(xì)胞科學(xué)研究中心 Allen Institute 的細(xì)胞生物學(xué)家、顯微專家和計(jì)算機(jī)程序員，最近公布了人類細(xì)胞研究工具 Allen Integrated Cell。

在過去的兩年里，科學(xué)家們用基因工程對(duì)細(xì)胞樣本進(jìn)行改造，用熒光標(biāo)記它們的內(nèi)部結(jié)構(gòu)(比如線粒體)。隨后他們將超過 6000 張發(fā)光細(xì)胞的照片供給人工智能算法學(xué)習(xí)，建立出 3D 模型。

現(xiàn)在，除了數(shù)據(jù)庫內(nèi)的 3.2 萬個(gè)細(xì)胞種類構(gòu)成清晰可見，這個(gè)智能的工具還可以預(yù)測(cè)一個(gè)未知細(xì)胞的內(nèi)部運(yùn)作。

這個(gè)細(xì)胞工具專注于人體干細(xì)胞。

Greg Johnson，一名來自 Allen Institute 的科學(xué)家認(rèn)為，了解健康細(xì)胞的內(nèi)部運(yùn)作對(duì)癌癥的發(fā)現(xiàn)和治療非常有用。這意味著醫(yī)生們可以從癌細(xì)胞「回到過去」，觀察對(duì)比細(xì)胞發(fā)生了什么變化。

Allen Institute 的所長(zhǎng) Rick Horwitz 也認(rèn)為，細(xì)胞的演變過程比靜態(tài)形態(tài)更重要。

即使你知道所有球員的統(tǒng)計(jì)資料，但從未觀看比賽，你也無法預(yù)測(cè)足球比賽的結(jié)果。

他表示說，這個(gè)工具可能會(huì)意外加速干細(xì)胞研究、癌癥研究和藥物開發(fā)。

光學(xué)顯微鏡是最傳統(tǒng)的細(xì)胞觀察方法。雖然成本低也操作簡(jiǎn)單，但它的結(jié)果往往讓人沮喪。

你能看到黑白清晰的輪廓，里邊有很多小物體在四處移動(dòng)，做著各種神秘的事。但你沒法知道它在做什么，細(xì)節(jié)的缺失讓人跟高中生一樣一知半解。

而基因改變、特殊染料或強(qiáng)光照射等技術(shù)往往會(huì)改變或損害細(xì)胞本身，不利于長(zhǎng)時(shí)間觀察。而且，這些技術(shù)還依賴于昂貴的設(shè)備，在一些實(shí)驗(yàn)室中難以實(shí)現(xiàn)。

這些都是必須收集圖像，讓人工智能建立 3D 模型的原因所在。

Allen Integrated Cell 的查看頁面

現(xiàn)在用 Allen Integrated Cell，你只需要提供一張顯微鏡下的細(xì)胞圖像，人工智能就能還原出它的內(nèi)部組成。這種方式不會(huì)丟失細(xì)節(jié)，也不至成本高得嚇人。

負(fù)責(zé)化驗(yàn)研發(fā)團(tuán)隊(duì)的 Susanne Rafelski 說：

就像是你只有一些車輪的照片，它也能從有限的信息里預(yù)測(cè)出汽車的品牌和型號(hào)。

而當(dāng)只有模糊描述的時(shí)候，只要給 Allen Integrated Cell 提供細(xì)胞的大小、形狀和細(xì)胞核的位置，人工智能也可以提出幾個(gè)不同的方案，嘗試去猜測(cè)還原整個(gè)細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和形態(tài)。

Allen Integrated Cell 人工智能的兩種模式，一種根據(jù)圖像還原，另一種則是模糊猜測(cè)

Fred Hutchinson 癌癥研究中心的研究員 Roger Brent 已經(jīng)試用了幾個(gè)月。在他看來，這個(gè)工具對(duì)全世界的研究人員都有幫助，包括在不太富裕的地區(qū)。

Allen Institute 的科學(xué)家表示，未來他們還將隨著干細(xì)胞的成長(zhǎng)過程來擴(kuò)展研究對(duì)象，比如心肌細(xì)胞和腎臟細(xì)胞。他們相信，這能進(jìn)一步幫助生物學(xué)家和醫(yī)生理解某些疾病的發(fā)展。

而 Brent 對(duì)這個(gè)工具的未來非常有信心。

他認(rèn)為，在 10 年后，手機(jī)將變得足夠強(qiáng)大可以承載這個(gè)工具。這可能意味著，即使在發(fā)展中國(guó)家，一個(gè)小小的實(shí)驗(yàn)室也可以從癌癥細(xì)胞的內(nèi)部來判斷、選擇更佳的治療方案。