网易首页 > 网易号 > 正文 申请入驻

MIT科学家发现识别文字的AI也能发现新冠病毒变异

0
分享至

  伽利略曾认为自然是用数学书写,而生物学可能是用文字来书写。自然语言处理(下文简称 NLP)算法现在能够生成蛋白质序列,并预测病毒突变、包括预测能帮助新冠病毒躲避免疫系统攻击的关键突变。

  上述之所以能实现,得益于一重要洞见,即生物系统许多特性可以用单词和句子来解释。麻省理工学院计算生物学家邦妮·伯格说:“我们正在学习进化的语言。”

  过去几年里,遗传学家乔治·丘奇的实验室团队、Salesforce 团队等研究人员已经证明,蛋白质序列和遗传密码可以使用 NLP 技术建模。


  最近,伯格及其同事的研究发表于《科学》杂志。在研究中,伯格等人将几种毒株集合在一起,利用 NLP 来预测能帮助病毒躲避人体免疫系统抗体的突变。病毒躲过抗体称作“病毒免疫逃逸”,该研究的基本观点认为,免疫系统解读病毒类似于人类解读句子。

  Salesforce 科学家阿里·马达尼正利用 NLP 预测蛋白质序列,他说:“论文写得很好,延续之前工作的发展势头。”

  伯格团队使用了语法和语义(或称意义)这两种语言学概念,病毒感染宿主的能力等遗传或进化适应性特征,可从语法正确程度的角度来解读。病毒传染性强,在语法层面为正确;病毒传染性不强,则为不正确。

  同样,病毒突变可以用语义来解释。比如,病毒表面蛋白质突变,某些抗体便无法发现病毒,像这样导致病毒在环境中与其它事物区分开来的变异,便是改变了病毒的语义。病毒突变可以有不同语义,而每一种有自身语义的病毒可能需要不同抗体来解读。

  为建立这些特性的模型,研究人员使用了 LSTM 神经网络,LSTM 诞生在基于变形金刚的神经网络出现之前,后者现为 GPT-3 等大型语言模型所使用。LSTM 等存在较久的网络所需训练数据比变形金刚少得多,并且在许多应用中仍然表现良好。

  研究人员不使用数百万个句子,而是利用取自三种病毒的数千个基因序列训练 NLP 模型。这些序列分为流感病毒株的 4.5 万个独特序列、HIV 病毒株的 6 万个独特序列、以及新冠病毒病毒株的 3000 到 4000 个独特序列。麻省理工学院研究生布莱恩·希建立了模型。他说:“由于对新冠病毒的监测较少,新冠病毒的数据较少。”

  NLP 模型在数学空间中对单词进行编码,单词和单词间若含义相近,距离会更近,反之,距离则更远。这一过程称为“嵌入”。在病毒层面,基因序列的嵌入便是根据病毒突变的相似性,对病毒进行分组。

  该方法的总目标,是识别那些可能帮助病毒逃逸免疫系统、且不降低病毒传染性的突变,也就是说要识别那些改变病毒含义、而又不导致病毒语法错误的突变。为测试模型,研究团队使用评估机器学习模型所做预测的通用度量标准,该标准给精确度打分的区间为 0.5(相当于意外发生的概率)到1(完美)。

  研究中,研究人员采用由模型识别、最有可能出现的突变,并在实验室中利用病毒,检查这些突变中有多少确实是会帮助病毒逃逸免疫的突变。精确度分数最低值为针对 HIV 病毒株的预测结果精确度,为 0.69;最高值为针对新冠病毒病毒株的预测结果精确度,为 0.85。研究人员表示,实验结果比其他最先进模型的结果要好。

  预先警告

  知道可能会有哪些突变,医院和公共卫生当局便更容易提前计划。例如,要模型显示出某种流感病毒的语义自 2020 年以来发生了多大变化,就能预计人们已经产生的抗体在今年会发挥多大作用。

  该研究团队表示,正在根据新冠病毒新变种运行模型。针对的新变种包括英国出现的变异病毒、丹麦水貂体内出现的变异病毒、以及南非、新加坡和马来西亚出现的变异病毒。研究人员已经发现,这些变异病毒免疫逃逸潜力可能很高,但尚未在实验室外进行测试。

  不过,模型没有预测到南非变异病毒出现的一种变异。人们已经开始担心,这种变异可能帮助病毒躲避疫苗接种,目前研究人员正在尝试探明原因。伯格说:“南非变异病毒里包含多个突变,我们认为,这些突变组合起来产生的效应可能会导致免疫逃逸。”

  使用 NLP 可以加速原本缓慢的研究进程,以前是从医院里一名新冠患者身上提取病毒、测序基因组,并在实验室里重新创造和研究相应突变。项目研究人员麻省理工学院生物学家布赖恩·布莱森说,以前的做法可能需要几周时间,NLP 模型可以直接预测潜在突变,实验室研究便找到重点、工作速度也加快。

  布莱森说:“整个工作很大开眼界。”每周都有新病毒序列。布莱森说:“一边更新模型,一边跑去实验室进行实验测试,很奇妙。计算生物学好就好在这。”

  但这也只是开始。将基因突变视为语义变化,可以在生物学中有不同应用。布莱森说:“一个好类比,能起很大作用。”

  例如,希认为研究团队的方法可以应用于研究抗药性。希说,“比如癌细胞蛋白质对化疗产生耐药性、或者细菌蛋白质对抗生素产生耐药性”,这些变异也可以看作是意义上出现变化,“我们解读语言模型,可以有很多创意。”

  马达尼说:“我认为,生物学正处在革命边缘。我们不再仅仅收集大量数据,而正在转向学习如何深入理解数据。”

  总体来说,研究人员正在关注 NLP 的发展,同时发掘语言和生物学之间的新类比,来利用NLP取得的进步。不过,布莱森、伯格和希都认为,生物学和 NLP 算法交叉可以是双向,即新 NLP 算法受生物学概念启发而诞生。伯格说:“生物学有自己的语言。”

  -End-

  https://www.technologyreview.com/2021/01/14/1016162/ai-language-nlp-coronavirus-hiv-flu-mutations-antinbodies-immune-vaccines/

特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相关推荐
热点推荐

漫画走出来的仙道签下正式合同!球衣销量第一!他是日本篮球的神

篮球那点事哟
2021-04-20 09:41:18

颖儿发文:人生头一遭被送离家出走包,真的好新鲜,付辛博看后要坐不住了

八圈传播者
2021-04-20 01:03:45

相比QQ音乐和网易云 我为什么更推荐Apple Music

中关村在线
2021-04-20 12:29:11

一位在检验科工作了10年的医生的内心独白,看完太扎心!

检验沙龙
2021-04-20 07:05:01

豪门美梦并未破碎!项思醒与徐振宇一起回台州,向男方父母道歉

金牌娱乐
2021-04-18 09:36:48

中国为何不想超越美国?答案全在中欧班列上,一趟火车直通欧洲

世界你好
2021-04-20 03:20:17

西方国家的老人不带娃,不跳广场舞,他们退休后靠什么打发时间?

快乐爱生活
2021-04-19 04:33:38

越南汽车要进入中国,新车一现身,网友:卖出去一台我倒着走!

缅甸中文网
2021-04-18 11:22:48

英女王真强悍!亲王葬礼后第一天她就开车兜风,换上花头巾又美啦

时尚丽人风行
2021-04-19 20:40:45

男孩上台“痛诉”爸妈偏心妹妹,网友看到妹妹样子后:换我也偏心

镜头中的旅行
2021-04-17 14:38:54

中国“辽宁”舰被美军近距离跟拍,真的“没问题”吗?丨大伊万问答

军武次位面
2021-04-20 05:28:31

欧超甚嚣尘上,但一个重要角色还迟迟没有正式表态

看我说体育
2021-04-20 10:08:35

“婚车档次低我不坐”遭退婚后一小时新娘打车来了,新郎:不娶了

野草情感汇
2021-04-19 22:27:37

俄乌战争一触即发,普京放话警告:5天能打下北约八国首都

七品短视频
2021-04-19 15:46:37

继日本,澳军方也将介入台配合美作战,中方不慌,拜登却慌了?

前沿哨所
2021-04-20 11:06:02

28岁邓伦走秀显邋遢!西装裤上像是有水泥,一只手表却要十几万?

八姐论八卦
2021-04-19 22:10:46

上演“春宫图”?未成年也不放过,美士兵:年龄不是问题

社会黄金瞳
2021-04-19 13:00:12

小小一块桂花糕,夺走120条大好性命,民国罕见大案:桂花糕惨案

大狮
2021-04-20 10:10:02

杀死灰鲸,口吞大白鲨的虎鲸没有天敌,却最怕半米长的达摩鲨

星辰大海路上的种花家
2021-04-19 21:02:33

梅德韦杰夫还会被重用么?你可能想不到

李天韵爱娱乐
2021-04-20 11:28:26
2021-04-20 15:25:08
DeepTech深科技
DeepTech深科技
麻省理工科技评论独家合作
8904文章数 465654关注度
往期回顾 全部

科技要闻

胡锡进:特斯拉声明强势让人不舒服

头条要闻

特朗普离任后电视首秀 仍未明确回应是否参选2024总统

头条要闻

特朗普离任后电视首秀 仍未明确回应是否参选2024总统

体育要闻

金州勇士的樱木花道:豁出命去救球

娱乐要闻

钟丽缇穿透视装上围傲人 风韵不减

财经要闻

汽车要闻

全方面的惊喜诚意十足 实拍体验全新一代奇骏

态度原创

旅游
家居
健康
房产
公开课

旅游要闻

济南:谷雨时节赏牡丹

家居要闻

港男月入过万只能带妻儿住7平蜗居 在洗衣机上做饭

卵巢囊肿良性会变恶性吗?

房产要闻

最新!LPR连续一年不变,房贷利率却持续在涨

公开课

985毕业做道士,家里人觉得我疯了:月薪5万?