AI驗(yàn)毒！動(dòng)物測(cè)試毒性實(shí)驗(yàn)將被取代

據(jù)統(tǒng)計(jì)，僅歐洲地區(qū)，每年用來(lái)做實(shí)驗(yàn)的動(dòng)物數(shù)量就超過(guò)1000萬(wàn)。全球而言，可能破億。

解剖、毒理實(shí)驗(yàn)、藥物實(shí)驗(yàn)……可以說(shuō)，動(dòng)物為人類醫(yī)學(xué)研究的進(jìn)步做出了巨大犧牲。尤其是小白鼠，其往往因病呈現(xiàn)出紅眼睛特征，每年死亡數(shù)量更是難以計(jì)數(shù)。

再加上很多實(shí)驗(yàn)為了避免藥物作用影響真實(shí)檢測(cè)效果，往往不對(duì)動(dòng)物做麻醉處理，或只注射很少的劑量。這對(duì)動(dòng)物造成的痛苦是難以想象的。

那些年，動(dòng)物在實(shí)驗(yàn)室受過(guò)的傷

以動(dòng)物作為標(biāo)本進(jìn)行適用于人類的醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)，這本身就是一個(gè)最大的悖論。雖然都是生物，但個(gè)體特征的不同注定了在動(dòng)物身上取得的數(shù)據(jù)資料永遠(yuǎn)都只具備參考價(jià)值。這也就是為什么很多藥物在正式投放市場(chǎng)之前，還要經(jīng)過(guò)一個(gè)人體測(cè)試的階段。

當(dāng)然，能進(jìn)入到人體測(cè)試階段，說(shuō)明其已經(jīng)具備很大的安全性。

但動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的痛點(diǎn)，還遠(yuǎn)不止這點(diǎn)。

首先是實(shí)驗(yàn)動(dòng)物生命風(fēng)險(xiǎn)。人類選擇用動(dòng)物代替自身去做實(shí)驗(yàn)，其目的就是為了規(guī)避可能帶來(lái)的死亡風(fēng)險(xiǎn)。但這并不意味著就能任意地糟踐動(dòng)物生命。在實(shí)際的操作過(guò)程中，由于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、操作失誤等一系列人為因素，造成的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物意外死亡數(shù)量很多。在科學(xué)研究的需求之下，這種意外死亡被認(rèn)為是合理的。但單從實(shí)驗(yàn)品而非生命的角度來(lái)看，這是一種資源的巨大浪費(fèi)。

其次是動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的周期較長(zhǎng)。根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，?duì)動(dòng)物的注射和給藥往往會(huì)持續(xù)一個(gè)較長(zhǎng)的時(shí)期，期間需要花費(fèi)較大的精力進(jìn)行記錄和觀察。其目的就是要觀察動(dòng)物的自然耐受反應(yīng)。這也是為什么藥物的研發(fā)往往需要經(jīng)過(guò)十年甚至更久的一個(gè)時(shí)期。對(duì)很多病人來(lái)說(shuō)，藥品研發(fā)的速度往往跟不上病情加劇的速度。

最后是動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的重復(fù)性。比如德萊塞測(cè)試，其最初用在化妝品的毒性實(shí)驗(yàn)中。由于實(shí)驗(yàn)品的毒性未知，其需要對(duì)動(dòng)物進(jìn)行一遍又一遍的給藥，有的藥物甚至可以測(cè)試六七十次，簡(jiǎn)直是在挨千刀。這個(gè)過(guò)程無(wú)疑會(huì)令動(dòng)物產(chǎn)生更大的痛苦。

也就是說(shuō)，拋卻動(dòng)物實(shí)驗(yàn)并不能完全適合人類機(jī)體這方面的局限，其仍然存在著上述不得不面對(duì)的客觀現(xiàn)實(shí)。其中給動(dòng)物增加的痛苦也就不言而喻。

因此，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的3R原則(replancement、reduction、refinement)提倡用無(wú)知覺材料代替動(dòng)物、通過(guò)各種方式提高實(shí)驗(yàn)精度以減少動(dòng)物使用量和優(yōu)化動(dòng)物體征以實(shí)現(xiàn)相對(duì)準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。最好的方式當(dāng)然是替代動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，但在今天的條件下，這無(wú)疑是一個(gè)不可能的事情。

事實(shí)上，科學(xué)家已經(jīng)在逐漸替代動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，比如使用細(xì)胞實(shí)驗(yàn)。

而隨著技術(shù)的進(jìn)步，科學(xué)家開始使用另一件秘密武器：機(jī)器學(xué)習(xí)。至少在測(cè)試毒性方面，動(dòng)物將因此而受益良多。

驗(yàn)毒的不再是動(dòng)物，而是AI

最近，一項(xiàng)來(lái)自《毒理科學(xué)》雜志的研究表明，通過(guò)一種新的機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)，利用動(dòng)物測(cè)試毒性的歷史很可能將被改寫。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，至少是動(dòng)物測(cè)試毒性實(shí)驗(yàn)將有可能被計(jì)算機(jī)代替。

該論文研究團(tuán)隊(duì)從2014年就開始進(jìn)行數(shù)據(jù)積累，最終收集了1萬(wàn)種化學(xué)物質(zhì)。然后利用AI系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行了86萬(wàn)次的測(cè)試，其繪制了分子結(jié)構(gòu)與特定毒性類型之間以往并未被獲知的關(guān)系，比如其可能對(duì)眼睛、皮膚或DNA造成的影響。

具體操作上來(lái)說(shuō)，研究人員對(duì)不同化學(xué)性質(zhì)和毒理性質(zhì)的物質(zhì)進(jìn)行分組，然后以組內(nèi)某一物質(zhì)的毒性為參照，推測(cè)其他物質(zhì)的毒性。再與這些其他物質(zhì)在數(shù)據(jù)庫(kù)中的已知毒性進(jìn)行比照，得出計(jì)算機(jī)預(yù)測(cè)的結(jié)果。

最終結(jié)果顯示，利用計(jì)算機(jī)測(cè)試得到的毒性準(zhǔn)確率為87%，而使用動(dòng)物再次進(jìn)行測(cè)試的正確率則為81%。也就是說(shuō)，在毒性測(cè)試方面，AI已經(jīng)完勝動(dòng)物。單單基于這個(gè)數(shù)據(jù)，AI就已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)物的替代。

當(dāng)然，現(xiàn)在就說(shuō)替代的事兒未免有點(diǎn)太早，尤其是替代動(dòng)物實(shí)驗(yàn)。

比如數(shù)據(jù)問題。我們上文提到，僅僅是做這樣一個(gè)簡(jiǎn)單的毒性測(cè)試，研究團(tuán)隊(duì)就花了四年的時(shí)間去進(jìn)行數(shù)據(jù)積累和實(shí)驗(yàn)分析。不難想象，如果是做更多種類的毒性測(cè)試、難度更高的疾病藥物研究，其需要搜集的數(shù)據(jù)也必然只會(huì)多不會(huì)少。那么，如何建立這樣一個(gè)龐大的數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)把控建設(shè)的時(shí)間，將可能是一個(gè)以十年為單位的工程。

另一方面，動(dòng)物本身也有一些計(jì)算機(jī)難以比擬的優(yōu)勢(shì)。計(jì)算機(jī)是在已知數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上工作，而動(dòng)物則可能會(huì)在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中出現(xiàn)一些未知的、可能是意外收獲的情況。比如很多物理或者生物科學(xué)發(fā)現(xiàn)，都源自一場(chǎng)意外。那么，計(jì)算機(jī)是否會(huì)被固定的程式束縛，是否也能有可能發(fā)生在動(dòng)物身上的一些神奇表現(xiàn)呢?

可能，這也需要另外設(shè)計(jì)一個(gè)計(jì)算機(jī)模擬系統(tǒng)吧。

生物實(shí)驗(yàn)的主角與配角

誠(chéng)然，這僅僅是計(jì)算機(jī)在生物實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域的一小步。而這一小步，也讓我們看到了其在生物實(shí)驗(yàn)方面帶來(lái)的積極意義。

但從現(xiàn)實(shí)而言，動(dòng)物畢竟在某些方面和人類是最接近的，比如小白鼠被證明和人類有極為相似的基因序列。而依照目前的計(jì)算機(jī)發(fā)展水平，還很難對(duì)實(shí)現(xiàn)完全的技術(shù)模擬。從這個(gè)角度上說(shuō)，即便在計(jì)算機(jī)進(jìn)行生物實(shí)驗(yàn)技術(shù)成熟擔(dān)任主角的情況下，動(dòng)物實(shí)體作為配角進(jìn)行實(shí)驗(yàn)可能仍然是無(wú)法缺席的。而我們要做的，就是讓動(dòng)物承擔(dān)更少的犧牲和痛苦。這既是技術(shù)進(jìn)步的必然選擇，也是道德倫理的熱切期盼。