“平時(shí)走路穩(wěn)不穩(wěn)？會(huì)不會(huì)突然摔倒？”“眼睛看得清楚嗎？腦子反應(yīng)快不快？” “好，現(xiàn)在看我手的示意，慢慢轉(zhuǎn)動(dòng)腦袋……”

7月盛夏，清晨窗外的陽(yáng)光早已明晃晃地刺眼。復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院的住院部?jī)?nèi)，神經(jīng)內(nèi)科副主任郁金泰教授帶著一群學(xué)生正在查房。

郁金泰教授（右一）和團(tuán)隊(duì)在復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院開(kāi)學(xué)術(shù)研討會(huì)

隨著人口老齡化加劇，與年齡相關(guān)的神經(jīng)退行性疾病負(fù)擔(dān)持續(xù)上升。這位80后醫(yī)學(xué)專家，17年來(lái)每天都在和阿爾茨海默病、帕金森病等“過(guò)招”。今年，繼發(fā)現(xiàn)帕金森病全新治療靶點(diǎn)后，阿爾茨海默病早篩早診檢測(cè)試劑也將于年底上線各大醫(yī)院和體檢中心，有助于提前預(yù)測(cè)發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)。

這些突破性研究成果的背后，有一個(gè)“超級(jí)引擎”：復(fù)旦大學(xué)與阿里云等聯(lián)合打造的CFFF智算平臺(tái)。

“通過(guò)人工智能賦能，加速阿爾茨海默病預(yù)防診治研究的進(jìn)程，最終實(shí)現(xiàn)該病可防、可控、可治。”郁金泰滿懷期待。在科技創(chuàng)新與醫(yī)學(xué)進(jìn)步的交融中，人類延長(zhǎng)健康壽命的美好愿景正一步步變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。

提前15年預(yù)測(cè)

阿爾茨海默病發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)

“我感覺(jué)我的葉子都掉光了，那些樹(shù)枝、狂風(fēng)和暴雨。我已經(jīng)搞不明白發(fā)生的一切?！?021年奧斯卡金像獎(jiǎng)最佳男主角獲獎(jiǎng)影片《困在時(shí)間里的父親》，主人公是一位阿爾茨海默病患者，隨著病情的加重，他分不清過(guò)去和現(xiàn)在、幻想和現(xiàn)實(shí)……

生活中，千萬(wàn)患者正經(jīng)歷著同樣的迷失——中國(guó)有近1700萬(wàn)癡呆癥患者，阿爾茨海默病占比超60%。

這種起病隱匿、至今在臨床治療中無(wú)全解的神經(jīng)退行性疾病，早發(fā)現(xiàn)早干預(yù)成為對(duì)抗它的關(guān)鍵。

今年2月，央視新聞一則關(guān)于復(fù)旦大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)的報(bào)道點(diǎn)燃了希望之火：通過(guò)AI算法分析血漿蛋白質(zhì)，未來(lái)或可實(shí)現(xiàn)僅需幾滴血就能預(yù)測(cè)包括阿爾茨海默病在內(nèi)的上百種疾病風(fēng)險(xiǎn)。

“阿爾茨海默病的發(fā)病率隨著年齡呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，70歲以上發(fā)病率可達(dá)15%，過(guò)了85歲可能達(dá)到20%-30%，95歲以后這個(gè)數(shù)字增長(zhǎng)到45%。”郁金泰告訴九千光年。

通常阿爾茨海默病的確診，依賴于臨床問(wèn)診、神經(jīng)評(píng)估以及一系列檢查排除其他原因，但臨床判斷的準(zhǔn)確率只有70%-80%?！跋敫鼫?zhǔn)確的話，早期檢測(cè)可以做PET（正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層掃描）、腰穿查腦積液，但前者價(jià)格高昂且有輻射風(fēng)險(xiǎn)，后者有創(chuàng)性，不被部分患者或家屬接受。”

有沒(méi)有更優(yōu)解？

郁金泰團(tuán)隊(duì)在外周血（除骨髓之外的血液）中發(fā)現(xiàn)了革命性的線索：某些關(guān)鍵蛋白質(zhì)指標(biāo)，在發(fā)病前15年就會(huì)有異常波動(dòng)。這項(xiàng)發(fā)布于《自然·衰老》（Nauture Aging）的研究成果顯示，通過(guò)血漿及腦脊液蛋白質(zhì)組學(xué)研究發(fā)現(xiàn)阿爾茨海默病新的診斷生物標(biāo)志物，聯(lián)合診斷精度高達(dá)98.7%。

“這種檢測(cè)兼具便捷性與經(jīng)濟(jì)性，未來(lái)或許可以大規(guī)模普及，尤其是在社區(qū)層面。”郁金泰認(rèn)為。

腦脊液蛋白對(duì)阿爾茨海默病診斷的準(zhǔn)確度及外部隊(duì)列驗(yàn)證和尸檢病理驗(yàn)證結(jié)

以此為起點(diǎn)，團(tuán)隊(duì)納入了5萬(wàn)人的約3000種測(cè)序蛋白，繪制了更宏大的蛋白質(zhì)組圖譜，試圖通過(guò)血液檢測(cè)實(shí)現(xiàn)數(shù)百種疾病的早期預(yù)警。

對(duì)我們普通人來(lái)說(shuō)，這項(xiàng)成果的現(xiàn)實(shí)意義在于，不久的將來(lái)，一次普通的血檢或許就能打開(kāi)預(yù)防疾病的先知之門(mén)。而今年底，阿爾茨海默病早篩早診檢測(cè)試劑就會(huì)先行上線各大醫(yī)院和體檢中心。

數(shù)年完成的計(jì)算分析

縮短至數(shù)周甚至數(shù)天

40公里外的復(fù)旦大學(xué)張江校區(qū)，類腦智能科學(xué)與技術(shù)研究院研究員程煒正在電腦前和學(xué)生們探討優(yōu)化模型。

郁金泰團(tuán)隊(duì)所取得的突破性研究成果，是人工智能賦予科研的全新視野，也是醫(yī)工交叉碰撞出的火花。

應(yīng)用數(shù)學(xué)出身的程煒，與郁金泰相識(shí)于5年前。雙方團(tuán)隊(duì)興趣相似、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，一個(gè)醫(yī)工交叉的課題組應(yīng)運(yùn)而生。

復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院郁金泰教授團(tuán)隊(duì)與復(fù)旦大學(xué)類腦智能科學(xué)與技術(shù)研究院馮建峰教授團(tuán)隊(duì)合影。前排左二為郁金泰，右二為程煒。

過(guò)去人們沒(méi)有開(kāi)展蛋白質(zhì)組研究，主要受限于蛋白質(zhì)檢測(cè)技術(shù)和分析手段，海量數(shù)據(jù)難以處理，而如今AI讓這一困境迎刃而解?！爱?dāng)時(shí)，我們利用血液中的蛋白質(zhì)組學(xué)數(shù)據(jù)，測(cè)了約3000個(gè)不同的蛋白，通過(guò)算法分析識(shí)別出10個(gè)與阿爾茨海默病發(fā)病高度關(guān)聯(lián)的蛋白質(zhì)標(biāo)志物?！背虩樈忉專绻脗鹘y(tǒng)方法可能會(huì)找到數(shù)百個(gè)關(guān)聯(lián)蛋白，無(wú)法精準(zhǔn)判斷哪些才是核心。

支撐這一突破的“超級(jí)大腦”是CFFF智算平臺(tái)，阿里云提供的AI算力將原本需要數(shù)年的計(jì)算任務(wù)壓縮到數(shù)周甚至是數(shù)天。這種算力躍遷讓程煒感觸頗深：“2011-2012年那會(huì)兒，我們團(tuán)隊(duì)自己買了幾臺(tái)機(jī)器，處理100人的影像數(shù)據(jù)就已很難，一臺(tái)小服務(wù)器跑了好幾天。”依托CFFF平臺(tái)運(yùn)行后，他有信心建立更大的數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)推動(dòng)研究。

目前，團(tuán)隊(duì)的研究數(shù)據(jù)主要來(lái)自兩大渠道：公開(kāi)數(shù)據(jù)（國(guó)內(nèi)外開(kāi)放數(shù)據(jù)庫(kù)），以及專有數(shù)據(jù)。后者包括類腦研究院數(shù)萬(wàn)人腦影像庫(kù)、華山醫(yī)院臨床數(shù)據(jù)，以及HEAD隊(duì)列數(shù)據(jù)（在全國(guó)范圍建立的社區(qū)腦健康衰老隊(duì)列）。

“以前的研究過(guò)程像是在大海撈針，尋找特定的科研線索猶如釣魚(yú)，可能需要很長(zhǎng)時(shí)間才能找到想要的結(jié)果。而現(xiàn)在，AI技術(shù)就像一網(wǎng)打盡，能在短時(shí)間內(nèi)高效篩選出大量相關(guān)數(shù)據(jù)，精準(zhǔn)定位到目標(biāo)，大大節(jié)約科研人員的時(shí)間和精力，也增強(qiáng)了科研人員解決問(wèn)題的能力。”郁金泰表示。

重塑科研范式

“這是中國(guó)也是全球第一次讓高校擁有了和科技巨頭一樣的研究計(jì)算平臺(tái)，讓研究真正進(jìn)入計(jì)算驅(qū)動(dòng)的時(shí)代。”兩年前的6月CFFF上線當(dāng)天，中國(guó)工程院院士、阿里云創(chuàng)始人王堅(jiān)如是說(shuō)。兩年來(lái)，它已覆蓋生命科學(xué)、材料科學(xué)等多元領(lǐng)域，推動(dòng)百余項(xiàng)科研成果落地。

CFFF包含兩個(gè)計(jì)算機(jī)集群：面向多學(xué)科融合創(chuàng)新的“切問(wèn)1號(hào)”，以及面向計(jì)算科學(xué)高精尖研究的專用高性能計(jì)算機(jī)集群“近思1號(hào)”。借助阿里云全球領(lǐng)先的大規(guī)模異構(gòu)算力融合調(diào)度技術(shù)、分級(jí)存儲(chǔ)技術(shù)、AI與大數(shù)據(jù)一體化技術(shù)，兩個(gè)集群連成了一臺(tái)真正意義上的“超級(jí)計(jì)算機(jī)”。

其中，阿里云烏蘭察布數(shù)據(jù)中心以公共云模式，為全國(guó)科研機(jī)構(gòu)的多個(gè)項(xiàng)目提供超千卡并行智能計(jì)算，支持千億參數(shù)的大模型訓(xùn)練。千卡并行的有效算力達(dá)到行業(yè)領(lǐng)先的92%，可拓展性達(dá)到萬(wàn)卡，萬(wàn)卡并行有效算力也可達(dá)90%。

據(jù)九千光年了解，研究團(tuán)隊(duì)在CFFF平臺(tái)上開(kāi)設(shè)賬號(hào)，團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人可設(shè)置不同的子賬號(hào)分配給各組研究員使用。相比CFFF建成前各團(tuán)隊(duì)需自行購(gòu)買服務(wù)器排隊(duì)使用，CFFF提供了更充足的算力，可以實(shí)現(xiàn)多任務(wù)同時(shí)計(jì)算。一個(gè)賬號(hào)對(duì)應(yīng)一個(gè)域，數(shù)據(jù)都在一個(gè)賬號(hào)域內(nèi)，計(jì)算環(huán)境也更安全。

在程煒看來(lái)，隨著AI時(shí)代對(duì)算力需求的增長(zhǎng)，以及對(duì)數(shù)據(jù)安全和隱私保護(hù)的重視，很多高校都在建立或強(qiáng)化自己的計(jì)算平臺(tái)。“尤其是在涉及敏感臨床數(shù)據(jù)的研究中，自己擁有計(jì)算平臺(tái)必不可少?！?/strong>

對(duì)于研究人員而言，CFFF也正在引發(fā)一場(chǎng)科研范式的變革。

郁金泰說(shuō)，傳統(tǒng)研究采用“假設(shè)驅(qū)動(dòng)”模式，研究人員需根據(jù)預(yù)設(shè)的理論推測(cè)可能的指標(biāo)、靶點(diǎn)或藥物；而AI介入后，研究范式轉(zhuǎn)變?yōu)?strong>“數(shù)據(jù)+算法”驅(qū)動(dòng)，借助深度學(xué)習(xí)算法和強(qiáng)大的算力支持，在海量數(shù)據(jù)中快速精準(zhǔn)地發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵指標(biāo)和潛在治療方案。

AI驅(qū)動(dòng)精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的下一站

在全力攻克阿爾茨海默病的同時(shí)，郁金泰和程煒團(tuán)隊(duì)的目光投向了另一個(gè)困擾人類的頑疾——帕金森病。作為全球第二大神經(jīng)退行性疾病，它同樣缺少早期預(yù)警與精準(zhǔn)治療的“利器”。

這次，研究團(tuán)隊(duì)成功發(fā)現(xiàn)了帕金森病全新治療靶點(diǎn)，并利用AI篩選出候選藥物，登上《細(xì)胞》和《自然》等國(guó)際頂刊。這項(xiàng)原本需要數(shù)十年的研究，在AI加持下僅用5年就取得突破性進(jìn)展。

團(tuán)隊(duì)研究路徑

眼下，程煒團(tuán)隊(duì)還在CFFF平臺(tái)構(gòu)建了一個(gè)基于血液多組學(xué)的多疾病預(yù)測(cè)模型。該模型僅需通過(guò)血液樣本，就能對(duì)200多種疾病進(jìn)行10年內(nèi)的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警，準(zhǔn)確率超80%。“我們搭建了一個(gè)交互式平臺(tái)，用戶可以上傳體檢報(bào)告或血液檢查結(jié)果，系統(tǒng)將根據(jù)模型提供疾病風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警服務(wù)。它基于真實(shí)生物學(xué)數(shù)據(jù)，而非大語(yǔ)言模型的預(yù)測(cè)?！?/p>

郁金泰則透露，將進(jìn)一步利用人工智能新模型和新算法，整合多組學(xué)數(shù)據(jù)，促進(jìn)精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)發(fā)展。人類健康與疾病的代謝組圖譜和多組學(xué)圖譜等，都在緊鑼密鼓地繪制中。

與此同時(shí)，阿里云AI基礎(chǔ)設(shè)施也已支撐CFFF平臺(tái)全面升級(jí)，提供文理醫(yī)工各學(xué)科47個(gè)特色學(xué)科模型和4萬(wàn)余個(gè)科學(xué)數(shù)據(jù)集開(kāi)放使用，支持發(fā)表了多篇CNS級(jí)別的高水平論文。

“AI不是取代醫(yī)生，而是成為有效助手，提升醫(yī)療科研工作的效率和精準(zhǔn)度?！背虩槺硎?。不只為征服星辰大海，更為守護(hù)人間煙火，這或許就是AI最溫暖的價(jià)值所在。

文 | 童蔚 實(shí)習(xí)生 徐一諾

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