用AI去突破生物鐘

你了解自己的生物鐘嗎？

在現(xiàn)實(shí)世界里，我們每個(gè)人都要接受來自生物鐘的“督促”，即使這個(gè)所謂的鐘表既沒有分針秒針，又沒有滴答滴答的聲音，但你總是要在它的催促下睡覺、清醒、飲食等等。

我們不禁想問，我們?yōu)槭裁捶且猩镧娔?？為什么不遵從生物鐘我們的身體健康就會(huì)受到威脅呢？生物鐘的生理性意義究竟是什么呢？

如果生物鐘的作用十分重大，那我們能不能找到自己最弱的鐘，進(jìn)而對其進(jìn)行修復(fù)或令其倒轉(zhuǎn)呢？

問題很多，不如讓AI先行。

AI在控制生物鐘上可以有哪些作為

生物鐘在我們的生活中存在感很強(qiáng)，但其真正的形態(tài)卻是“無形”，AI要想去控制人類的生物鐘，首先還得將“無形”化為“有形”，找到控制生物鐘的渠道。

1．“直搗敵營”：控制大腦

早期，科學(xué)家曾經(jīng)用電生理研究生物鐘，將電極插到細(xì)胞內(nèi)觀察電活動(dòng)，最后觀察到了腦內(nèi)特定部位SCN（視交叉上核，suprachiasmatic nucleus）的電活動(dòng)有晝夜周期。我們也得知，生物鐘是受大腦的下丘腦SCN控制的。

所以，AI修復(fù)生物鐘的第一招就是影響大腦中的特定區(qū)域，進(jìn)而控制晝夜周期，這也是最為直接的一個(gè)辦法。不過這種方法仍舊存在問題，比如SCN里細(xì)胞間是如何相互作用的？其中是否有神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞參與？AI能控制一個(gè)區(qū)域里的神經(jīng)元群嗎？

近日，加州伯克利研究人員就給了我們答案。在一個(gè)大腦控制神經(jīng)元的實(shí)驗(yàn)中，研究人員給老鼠頭上開了一個(gè)窗口，將全息圖直接投射到老鼠大腦中，成功地激活和抑制了老鼠大腦中特定的神經(jīng)元群。

也就是說，我們可以模擬大腦對外界刺激作出的自然反應(yīng)，成功操控特定神經(jīng)元群，如果將這個(gè)區(qū)域換做SCN，利用模擬反映給人類造成神經(jīng)上的“錯(cuò)覺”，影響生物鐘就具有可操作性了。

2． “曲線救國”：睡眠基因

在生物鐘這個(gè)領(lǐng)域里，人們所熟知的是晝夜節(jié)律，其中對人類生活影響最明顯的，就是睡眠周期。相信很多人都有著這樣的體驗(yàn)——我們可以在沒有任何鬧鐘的情況下醒來，甚至在隔絕陽光的室內(nèi)也能準(zhǔn)時(shí)在白天蘇醒。

那AI可不可以在睡眠周期上做文章呢？其實(shí)，AI服務(wù)睡眠的產(chǎn)品已經(jīng)非常多了，但這些產(chǎn)品主要圍繞的還是“如何讓你睡得著”“如何讓你睡得香”“看你睡得怎么樣”這三大主題，但這都只能干涉到睡眠的相位，但不能解釋睡眠本身，尤其是睡眠的機(jī)理。

那真正的解決辦法是什么呢？用AI探索睡眠基因。

在去年，《Science Advance》期刊就發(fā)表了一篇題為“Normal sleep requires the astrocyte brain－type fatty acid binding protein FABP7”的學(xué)術(shù)文章，揭示了一個(gè)與睡眠質(zhì)量息息相關(guān)的關(guān)鍵基因。這一睡眠基因的功能研究為科學(xué)家們探索睡眠機(jī)制、解析人類為何如此需要充足睡眠提供了新的線索。

睡眠這一復(fù)雜過程還涉及了很多其他的基因，AI的加入，可以打造出一個(gè)睡眠GIS智能設(shè)備，這個(gè)豐富的多維度的信息嵌合體可以用來解讀個(gè)人的睡眠情況、存儲(chǔ)個(gè)人的睡眠基因信息等，從睡眠基因的層面去影響個(gè)人的生物鐘。

是生活的節(jié)律表，還是生命的倒計(jì)時(shí)

控制生物鐘的渠道已經(jīng)有了，但這些渠道會(huì)是有效的應(yīng)用嗎？

我們每個(gè)人身體內(nèi)部都存在著不同的生物鐘，比如肝臟只在固定的時(shí)間段內(nèi)排毒。我們體內(nèi)的這些生物鐘在分子、細(xì)胞、組織、器官、系統(tǒng)、身體、生理學(xué)和社會(huì)等層次上各以不同速率在滴答滴答地運(yùn)轉(zhuǎn)。

美國曾有科學(xué)家通過收集血液測試的大數(shù)據(jù)和AI分析，提出了一種“衰老時(shí)鐘”的概念，通過“衰老時(shí)鐘”，我們能判斷出一個(gè)人的真實(shí)生理年齡，預(yù)測一個(gè)人是否會(huì)比同齡人活得長一些或是英年早逝。

設(shè)想一下，如果每個(gè)人都能知曉自己身體和細(xì)胞的最大死亡時(shí)間，會(huì)發(fā)生什么事情呢？

智能相對論分析師顏璇曾在文章《AI 能精準(zhǔn)預(yù)測死亡時(shí)間，這事兒靠譜嗎？》中提到——

“死亡并非那么容易被所有人接受……當(dāng)病人與病魔和死神苦苦爭斗時(shí)，醫(yī)生們用一套所謂科學(xué)的、精密的AI系統(tǒng)預(yù)測了病人的死期，于病人而言，抗癌之旅本就艱辛，而在其頭頂懸上一把會(huì)準(zhǔn)時(shí)掉落的死亡之刃未免也太過殘忍?！?/p>

于病人而言，預(yù)測死亡是殘忍，于常人而言，衰老時(shí)鐘更像一個(gè)定時(shí)炸彈，在炸彈爆炸之前，我們是歇斯底里，還是淡然處之？

如果“衰老時(shí)鐘”顯示你可以活到90歲，是不是只要嚴(yán)格按照平時(shí)的生活作息表就可以后顧無憂了？某天不小心熬了個(gè)夜，在第二天會(huì)不會(huì)覺得轉(zhuǎn)輾反側(cè)，惶恐不安，擔(dān)心著生命的流速加快？

其實(shí)我們都知道，熬夜會(huì)打破我們的生物節(jié)律，從而引發(fā)各種疾病，但在“衰老時(shí)鐘”沒有出現(xiàn)之前，這一切還沒有表現(xiàn)得那么明顯，我們的緊迫感也沒有那么強(qiáng)烈。

如果“衰老時(shí)鐘”表示你體內(nèi)的“鐘表”只能運(yùn)作到30歲，那跟宣判死刑又有什么區(qū)別呢？或者我們能采取措施延長生命，但不斷撥弄表盤的動(dòng)作也讓人厭煩。

AI助力：知其然，更要知其所以然

我們可以運(yùn)用AI來影響、修復(fù)生物鐘，但生物鐘的研究還是任重而道遠(yuǎn)——生物鐘研究逾四十年，迄今尚未出現(xiàn)有效的應(yīng)用成果。那么，AI在這方面究竟能起到什么作用呢？

美國遺傳學(xué)家杰弗里·霍爾，邁克爾·羅斯巴什以及邁克爾·楊因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)了控制晝夜節(jié)律的分子機(jī)制，也就是生物鐘的分子機(jī)制而獲得了2017年的諾獎(jiǎng)。

北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院院長饒毅老師曾在一篇文章里提到，“在完全不理解分子機(jī)理的情況下，用遺傳篩選生物鐘，是很強(qiáng)的方法。從分子上，稱之為“盲篩”……盲篩的優(yōu)點(diǎn)在于無需事先知道機(jī)理，而通過遺傳得到突變、DNA克隆得到分子、分子的序列特征或更多研究，再揭示機(jī)理，或提供揭示機(jī)理的可能性?！?/p>

所以，生物鐘研究的突破緣于遺傳學(xué)的應(yīng)用。而將遺傳學(xué)與AI結(jié)合起來，未嘗不是一次猛烈的科技革命。

舉個(gè)例子，就像大家所知道的用機(jī)器學(xué)習(xí)模型去做圖像識別一樣，我們可以研究如何用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)預(yù)測DNA序列的屬性，比如通過分子的序列特征來揭示機(jī)理等。

美國的DeepDiagnos團(tuán)隊(duì)致力于用人工智能來篩查早期癌癥其核心技術(shù)是構(gòu)建AI模型來逐點(diǎn)掃描基因組的每一個(gè)位點(diǎn)，從中找出可能存在的腫瘤相關(guān)突變，在癌癥剛剛發(fā)生的階段就能發(fā)出預(yù)警。

不過，目前這些研究還是著重于DNA序列上的腫瘤相關(guān)基因，但這也證明了AI結(jié)合遺傳學(xué)去突破生物鐘研究是可行的。

當(dāng)然了，我們也可以先不去假定生物鐘與遺傳學(xué)有關(guān)。

“生物鐘是如何形成的？”這雖然生物鐘研究最核心的問題，但這也是限制我們思考的牢籠。

事實(shí)上，我們不需要把“理解生物鐘”作為“掌控生物鐘”的前提，因?yàn)檫@意味著我們要先破解生物鐘的奧秘，才能研制有效的應(yīng)用成果，實(shí)際上，我們是把一個(gè)更難的問題作為前提條件，犯了本末倒置的錯(cuò)誤。

所以，不妨對AI影響生物鐘的方法進(jìn)行建模和分析，理解機(jī)器智能，再將這種理解外推到生物系統(tǒng)，補(bǔ)充生物實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而理解人類的生物構(gòu)成。

結(jié)論：

人們的早出晚歸，動(dòng)物的晝行夜伏、植物的春華秋實(shí)……那些我們不曾留心的現(xiàn)象，其背后都有著大大小小的鐘表在悄然運(yùn)作。AI對生物鐘的探索，值得大家拭目以待。