機器學習有助于研究新冠肺炎的傳播機理

作為世界頂級的AI盛會，第三屆世界人工智能大會WAIC 2020峰會將于7月9日至11日舉行。雖然由于全球疫情的原因，今年的大會多采用以線上為主的形式，但仍吸引了全球業(yè)界“大咖”云端赴會。

據(jù)悉，亞馬遜云服務(wù)AWS將全面亮相本次行業(yè)盛會，AWS 副總裁 Swami Sivasubramanian將代表 AWS 在線出席并發(fā)表題為《突破常規(guī)：機器學習無處不在》的演講。就在這場云端峰會召開之前，Swami Sivasubramanian發(fā)表了題為《人工智能和機器學習能為抗擊新冠肺炎做些什么？》的署名文章，其中詳細闡述了人工智能和機器學習技術(shù)如何在攻克新冠肺炎疫情方面發(fā)揮重要作用，又是如何助力人類應對共同的挑戰(zhàn)，全文如下：

AWS機器學習副總裁Swami Sivasubramanian

各類機構(gòu)都在快速應用人工智能和機器學習技術(shù)遏制新冠疫情

科研、醫(yī)療保健甚至農(nóng)業(yè)領(lǐng)域都在部署人工智能和機器學習技術(shù)

當下，全世界依然處在與新冠肺炎的激烈抗爭之中，每一點技術(shù)創(chuàng)新和聰明才智的運用，都使我們在戰(zhàn)勝這一疾病的道路上又前進了一步。其中，人工智能和機器學習技術(shù)在更好地理解和解決新冠肺炎疫情危機方面可以發(fā)揮至為關(guān)鍵的作用，尤其是機器學習技術(shù)，它使計算機能夠模擬人類智能，處理大量數(shù)據(jù)并快速識別規(guī)律和洞察新的發(fā)現(xiàn)。

在與新冠疫情的斗爭中，我們觀察到機器學習的應用主要集中在以下幾個領(lǐng)域：一是拓展與客戶溝通的方式，二是理解新冠病毒的傳播機理，三是加快新冠病毒研究和對癥治療。

迅速擴展和調(diào)整運營模式

各種規(guī)模的組織，包括公共機構(gòu)及私營企業(yè)，為了讓員工和客戶進行居家隔離或保持社交距離，都在尋找新的方式以提升運營效率。在這種轉(zhuǎn)變過程中，機器學習技術(shù)為支持遠程通信、實現(xiàn)遠程醫(yī)療及保護糧食安全提供了重要而有效的工具。

中國的柯基數(shù)據(jù)正在結(jié)合AWS機器學習進行這方面的工作?？禄鶖?shù)據(jù)聯(lián)合中國疾控中心的權(quán)威專家們開發(fā)了新冠肺炎智能問答小助手，并于2020年2月3日在中國疾控慢病中心的官方渠道正式上線。他們利用來自中國疾控中心、衛(wèi)健委等官方渠道的權(quán)威信息，結(jié)合專業(yè)文獻和詞庫，再利用機器學習和自然語言處理、知識圖譜技術(shù)對專業(yè)信息進行結(jié)構(gòu)化、整合歸類并建立新冠肺炎防護的知識圖譜，快速打造了一套準確率很高的新冠肺炎智能問答系統(tǒng)，幫助公眾、新冠肺炎患者及醫(yī)生解決常見問題，提供了獲得權(quán)威防控知識的便捷途徑。自上線以來，新冠肺炎智能問答小助手平均每天為數(shù)千名患者和醫(yī)生提供服務(wù)，累積解決了數(shù)十萬個問題。

為避免對食品供應鏈造成破壞，食品加工商和政府需要實時了解當?shù)剞r(nóng)業(yè)的狀況。另一家AWS客戶、農(nóng)業(yè)技術(shù)初創(chuàng)企業(yè)Mantle Labs，在三個月內(nèi)免費向零售商提供其領(lǐng)先的人工智能農(nóng)作物監(jiān)測解決方案，保證英國的食品供應鏈在疫情期間正常運轉(zhuǎn)。這項技術(shù)通過評估農(nóng)作物的衛(wèi)星圖像以盡早向農(nóng)民和零售商提示潛在的問題，讓他們能夠更好地管理供應、采購和庫存計劃。這一功能的實現(xiàn)得益于該平臺部署的定制化機器學習模型，通過融合來自多個衛(wèi)星的圖像實現(xiàn)對農(nóng)業(yè)狀況接近實時的評估。

研究新冠肺炎的傳播機理

機器學習還在幫助研究人員和從業(yè)者分析大量數(shù)據(jù)來預測新冠肺炎的傳播，從而實現(xiàn)疫情預警，確定易感人群。此前加州 Chan Zuckerberg Biohub（陳·扎克伯格生物中心）的研究人員建立了一個模型來預估未被發(fā)現(xiàn)的新冠肺炎感染者數(shù)量及其對公共健康的影響。研究覆蓋了全球12個地區(qū)。通過運用機器學習技術(shù)并與AWS診斷開發(fā)計劃合作，他們開發(fā)了一種新的方法來量化未被檢測到的感染者，即通過分析病毒在人群中傳播時如何變異從而推斷有多少被遺漏的感染者。

在疫情爆發(fā)之初，AWS客戶、一家專注于使用人工智能技術(shù)檢測疫情爆發(fā)的加拿大初創(chuàng)企業(yè)BlueDot，是最早對這次呼吸道疾病突然爆發(fā)發(fā)出預警的公司之一。該公司使用機器學習算法對65種語言的新聞報道、航空公司數(shù)據(jù)和動物疾病網(wǎng)絡(luò)進行篩選來預測疾病的傳播，隨后由流行病學家審核數(shù)據(jù)結(jié)果，從科學角度驗證這些結(jié)論是否有意義。BlueDot利用這些研究成果為衛(wèi)生系統(tǒng)官員、航空公司和醫(yī)院提供洞察，幫助他們更好地預測和管理風險。

機器學習也幫助相關(guān)領(lǐng)導機構(gòu)對新冠疫情做出更明智的決策。今年3月，由前白宮首席數(shù)據(jù)科學家DJ Patil領(lǐng)導的一隊志愿者專家找到AWS尋求幫助，希望AWS支持他們搭建一個基于場景進行規(guī)劃的工具來模擬新冠肺炎的潛在影響，為類似“我們需要多少張病床”或者“我們應該發(fā)布多長時間的居家隔離指令”這樣的問題尋找答案。他們需要擴展其開源模型，以便美國各地的州長都能夠了解接觸、感染和住院者的數(shù)量，來更好地做出應對計劃。該機構(gòu)與AWS和約翰·霍普金斯大學布隆博格公共衛(wèi)生學院密切合作，將該模型轉(zhuǎn)移到了云端，在短短幾個小時內(nèi)處理了多個場景，并將模型推廣到美國所有50個州和美國以外，幫助做出直接影響新冠疫情全球傳播的決策。

各種機構(gòu)也在研究限制新冠病毒傳播的方法，特別是針對易感人群。AWS與人工智能初創(chuàng)公司Closedloop合作，利用他們在醫(yī)療數(shù)據(jù)方面的專業(yè)知識，識別感染新冠病毒后發(fā)生嚴重并發(fā)癥的高風險患者。Closedloop開發(fā)并開源了一個新冠病毒易感指數(shù)“C-19指數(shù)”，這是一個基于人工智能的預測模型，可以識別可能發(fā)生新冠病毒嚴重并發(fā)癥的高風險人群。這個指數(shù)正被醫(yī)療系統(tǒng)、護理管理機構(gòu)和保險公司用來識別高危人群，呼吁他們重視洗手和保持社交距離，向他們提供食物、衛(wèi)生紙和其他必需品，幫助他們進行居家隔離保護。

加快針對新冠病毒的研究和對癥治療

醫(yī)療機構(gòu)和研究人員都面臨著有關(guān)新冠病毒的信息成倍增長的問題，很難獲得對癥治療的有效信息。為此，AWS發(fā)布了新冠數(shù)據(jù)搜索工具（CORD-19 Search），一個由機器學習技術(shù)驅(qū)動的搜索網(wǎng)站，可以幫助研究人員快速、方便地搜索大量研究論文和文檔，為諸如“什么時候唾液中的新冠病毒含量最高”之類的問題找到答案。AWS新冠病毒搜索工具是建立在艾倫人工智能研究所開發(fā)的包含逾128000篇研究論文及其它資料的新冠病毒開放搜索數(shù)據(jù)集上的。這樣一個機器學習解決方案可以從非結(jié)構(gòu)化文本中提取相關(guān)的醫(yī)學信息，并提供了強大的自然語言查詢功能，可以幫助研究人員加快發(fā)現(xiàn)有用信息的速度。

同時，在醫(yī)學影像領(lǐng)域，研究人員正利用機器學習輔助識別圖像中的模式，幫助醫(yī)生盡早發(fā)現(xiàn)并盡早診斷病情。

在中國，一家專注智慧遠程心電平臺及專業(yè)會診服務(wù)的初創(chuàng)企業(yè)益體康，通過聯(lián)網(wǎng)專業(yè)心電設(shè)備和云端遠程醫(yī)療平臺幫助中小醫(yī)療機構(gòu)解決專業(yè)醫(yī)生資源不足的問題。他們利用AWS的機器學習服務(wù)快速構(gòu)建了其AI訓練和推理場景，提升了模型訓練的速度。此次新冠疫情期間，由于許多重癥患者存在心臟并發(fā)癥的問題，益體康的智慧遠程心電平臺為眾多身處隔離病房不方便醫(yī)生時時監(jiān)測心臟受損狀況的病患提供了服務(wù)。此外，在許多大醫(yī)院減少甚至暫停普通接診的情況下，他們還服務(wù)于基層醫(yī)療機構(gòu)，讓患者在家門口就能獲得三甲醫(yī)院水準的專業(yè)診斷，快速完成心臟問題的初診和分診，減少誤診、漏診，真正做到了將患者留在基層，大幅減少跨區(qū)傳播的風險。

機器學習也有助于加速發(fā)現(xiàn)有助于治療新冠病毒的藥物。

總部位于深圳、在北京和波士頓設(shè)有分部的晶泰科技（XtalPi），是一家以計算驅(qū)動藥物研發(fā)創(chuàng)新的科技公司。在新冠疫情爆發(fā)后，該公司很快對近3000個已通過美國藥監(jiān)局（FDA）審核的上市藥物、以及超過1萬種中藥成分分子，進行了老藥新用的掃描，成功找到了183個可能對新冠病毒有潛在治療效果的藥物。之后，晶泰科技對這些藥物的活性進行了排序，然后又通過更加高精度的計算方法，最終鎖定了38個藥物。晶泰科技能迅速地完成大量藥物篩選，得益于其Intelligent Digital Drug Discovery and Development （ID4）云端智能藥物研發(fā)平臺。在這個平臺上，晶泰科技通過自主研發(fā)的基于AWS GPU計算實例的機器學習框架，實現(xiàn)大規(guī)模的模型訓練及參數(shù)優(yōu)化。同時在AI模型研究及設(shè)計初期，晶泰科技的科學家團隊能夠通過Amazon SageMaker服務(wù)實現(xiàn)對于模型及參數(shù)的快速驗證，其友好的交互式界面加速了算法研發(fā)效率。

AWS客戶、一家英國的人工智能公司BenevolentAI也在利用人工智能技術(shù)了解人體對新冠病毒的反應，從而進行藥物治療方面的研究工作。他們利用人工智能藥物發(fā)現(xiàn)平臺開展了一項調(diào)查，以確定已經(jīng)獲準上市的藥物中哪些有可能抑制新型冠狀病毒。他們利用機器學習獲得基因、疾病和藥物之間的內(nèi)在關(guān)系，篩選出一組藥物化合物。僅僅幾天，BenevolentAI就發(fā)現(xiàn)巴里替尼（一種目前用于治療類風濕性關(guān)節(jié)炎的藥物，由禮來公司Eli Lilly所有）是其篩選出的眾多藥物中的最佳的候選藥。巴里替尼目前正在美國國家過敏和傳染病研究所（NIAID）進行后期臨床試驗，以研究其作為新冠肺炎潛在治療方法的有效性和安全性。藥物進入臨床試驗的速度反映了新冠疫情的緊迫性，也體現(xiàn)了人工智能技術(shù)在促進新療法發(fā)現(xiàn)方面的重要性。

我始終相信機器學習有潛力幫助解決我們面臨的最大挑戰(zhàn)。隨著全世界的通力協(xié)作，我們相信這一可能性正變得越來越大。希望在這個艱難的時刻，我們能夠在全球范圍內(nèi)共同努力，不斷創(chuàng)新，讓機器學習更好地貢獻于抗擊新冠肺炎的新途徑。
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