李姝（化名）怎么也沒(méi)想到，剛六十出頭的父親，有一天突然“不認(rèn)識(shí)”自己了。

她的父親罹患了阿爾茨海默病（AD），是最常見(jiàn)的“老年癡呆”之一。這是一種病程超長(zhǎng)、幾乎無(wú)法治愈的疾病。它不光會(huì)慢慢奪走患者幾乎所有的記憶，還會(huì)讓患者逐漸喪失語(yǔ)言、方向感和正常的情感，直至完全喪失生活自理能力。

一想到父親會(huì)一點(diǎn)點(diǎn)從她生活中消失，李姝就心如刀絞。

“在中國(guó)，有超過(guò)1000萬(wàn)個(gè)家庭因阿爾茨海默病而改變?！痹诮盏囊淮卧L談活動(dòng)中，復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院（以下簡(jiǎn)稱華山醫(yī)院）神經(jīng)內(nèi)科教授郁金泰告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，盡管發(fā)病率呈上升趨勢(shì)，但阿爾茨海默病其實(shí)是可防可控甚至可治的，“關(guān)鍵在于如何早期發(fā)現(xiàn)它”。

郁金泰（右）在病房查閱患者CT片。

提前15年預(yù)知阿爾茨海默病患病風(fēng)險(xiǎn)，

可能只需抽個(gè)血、化驗(yàn)一下

當(dāng)前對(duì)阿爾茨海默病的診斷常依賴于臨床問(wèn)診、神經(jīng)評(píng)估以及一系列檢查排除其他原因，準(zhǔn)確性低且一般確診時(shí)往往已是中晚期。早期的檢測(cè)依賴于影像學(xué)（PET-CT）、腦脊液檢測(cè)等手段來(lái)顯示病變。這類手段要么檢測(cè)成本高，要么傷害性大，潛在人群的依從性很低。

從傳統(tǒng)的視角看，將他們這項(xiàng)研究稱之為“大海撈針”也不為過(guò)——他們的研究對(duì)象是超過(guò)5萬(wàn)名成年人的健康數(shù)據(jù)；其中1417例AD患者，隨訪時(shí)長(zhǎng)超過(guò)14年；要分析的血漿蛋白數(shù)量多達(dá)1463種；最后得出的結(jié)果，是將與癡呆癥最相關(guān)的蛋白數(shù)量縮小到個(gè)位數(shù)范圍。他們還發(fā)現(xiàn)了一種名為“膠質(zhì)纖維酸性蛋白”（GFAP）的血漿蛋白，在AD確診前十多年就“發(fā)揮了作用”，可以作為早期預(yù)測(cè)老年癡呆的最佳生物標(biāo)志物。

在后續(xù)研究中，他們又在腦脊液中新發(fā)現(xiàn)了多個(gè)新的生物標(biāo)志物，以其預(yù)測(cè)生物學(xué)定義的AD發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)的準(zhǔn)確率高達(dá)98.7%以上。這項(xiàng)研究中，他們納入了707名參與者，對(duì)6361種腦脊液蛋白組學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析和建模，最終“揪”出了AD生物學(xué)診斷和臨床診斷中最重要的生物標(biāo)志物，并在臨床上確認(rèn)了新的生物標(biāo)志物的有效性和可重復(fù)性。

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。

最近，他們正在挖掘從血液中檢測(cè)這些生物標(biāo)志物的潛力。這意味著，未來(lái)可能只需抽個(gè)血、化驗(yàn)一下，就能提前預(yù)知阿爾茨海默病患病風(fēng)險(xiǎn)。

這不是科幻，而是最新發(fā)表在《自然-人類行為》《自然-衰老》等系列頂刊上、實(shí)打?qū)嵉难芯砍晒?。如果硬說(shuō)有什么“科幻”元素，那就是團(tuán)隊(duì)依靠“AI算力+臨床數(shù)據(jù)”所建立的研究范式。

這正是當(dāng)前科技領(lǐng)域最“時(shí)髦”研究范式——AI for Science（AI4S）。當(dāng)前，人工智能（AI）正通過(guò)數(shù)據(jù)和算力驅(qū)動(dòng)，深刻改變著科學(xué)研究范式。生命醫(yī)學(xué)這個(gè)“數(shù)據(jù)密集型”領(lǐng)域，已經(jīng)立于AI4S的潮頭。

靠AI算力“兜底”

他們的臨床研究開啟“狂飆”模式

在位于上海浦東新區(qū)的復(fù)旦大學(xué)類腦智能科學(xué)與技術(shù)研究院，《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者見(jiàn)到了郁金泰的合作伙伴程煒。

郁金泰（前排左二）團(tuán)隊(duì)與復(fù)旦大學(xué)類腦智能科學(xué)與技術(shù)研究院教授馮建峰（前排左三，程煒導(dǎo)師）團(tuán)隊(duì)合影，前排右二為程煒。

在使用AI算力上，程煒是行家里手。自兩年多前復(fù)旦大學(xué)與阿里云等聯(lián)合打造的云上科研智算平臺(tái)CFFF（Computing for the Future at Fudan）上線后，程煒更是如魚得水。

“傳統(tǒng)的臨床研究手段是從‘假設(shè)驅(qū)動(dòng)’出發(fā)再驗(yàn)證，非常依賴研究者的經(jīng)驗(yàn)或直覺(jué)，甚至要憑運(yùn)氣‘押中’某個(gè)候選基因或蛋白受體，能處理的數(shù)據(jù)少、耗時(shí)長(zhǎng)且效率低下?！背虩樥f(shuō)，在有了AI算力做保障后，研究人員可以用“數(shù)據(jù)+算法”雙輪驅(qū)動(dòng)的模式去探索，“可以用更少的時(shí)間處理更多的數(shù)據(jù)”。

據(jù)了解，CFFF云上科研智算平臺(tái)由“切問(wèn)一號(hào)”和“近思一號(hào)”組成，是目前全國(guó)高校最大的異構(gòu)智算平臺(tái)。作為校級(jí)平臺(tái)資源，CFFF集GPU算力、CPU算力、分級(jí)冷熱存儲(chǔ)、大數(shù)據(jù)處理平臺(tái)等于一身，在阿里云大規(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)支撐下，可支持千卡千億參數(shù)大模型研發(fā)、萬(wàn)核高性能計(jì)算、大規(guī)模數(shù)據(jù)加工等作業(yè)。

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%。

如果說(shuō)郁金泰和程煒們是善用臨床數(shù)據(jù)這些“食材”、用算法這本“菜譜”烹飪出一桌好菜的“大廚”，那么AI算力基礎(chǔ)設(shè)施就是“鍋和灶”。今年以來(lái)，阿里云將“云和AI協(xié)同發(fā)展”作為基礎(chǔ)發(fā)展戰(zhàn)略，實(shí)施以AI為中心的全棧AI基礎(chǔ)設(shè)施能力升級(jí)。得益于此，CFFF平臺(tái)的面貌也煥然一新。

郁金泰團(tuán)隊(duì)和程煒團(tuán)隊(duì)分工明確，郁金泰團(tuán)隊(duì)主要聚焦臨床科學(xué)問(wèn)題，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)收集和整理，指導(dǎo)團(tuán)隊(duì)制定與調(diào)整研究方案，并從臨床的角度解讀結(jié)果；程煒團(tuán)隊(duì)則專注于算法開發(fā)和模型訓(xùn)練，利用深度學(xué)習(xí)技術(shù)，構(gòu)建并優(yōu)化了多個(gè)數(shù)據(jù)解析模型。

近年來(lái)，兩股力量珠聯(lián)璧合，臨床研究進(jìn)入“狂飆”模式。

2024年，他們通過(guò)深入分析53026名個(gè)體血漿蛋白組數(shù)據(jù)，跨越10多年的中位隨訪期，建立了足夠全面的血漿蛋白組圖譜，篩查發(fā)現(xiàn)超過(guò)650種蛋白與至少50種疾病存在聯(lián)系，超過(guò)1000種蛋白表現(xiàn)出性別和年齡的異質(zhì)性。這項(xiàng)成果發(fā)表于《細(xì)胞》雜志，堪稱團(tuán)隊(duì)數(shù)據(jù)挖掘的集大成之作。

在預(yù)防癡呆方面，他們聯(lián)手浙江大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院袁長(zhǎng)征團(tuán)隊(duì)給出了“怎么吃”的健康方案。在7月2日發(fā)表于《自然-人類行為》雜志的論文中，團(tuán)隊(duì)用機(jī)器學(xué)習(xí)方法對(duì)4個(gè)國(guó)際縱向隊(duì)列的22萬(wàn)名參與者（其中有近3000新發(fā)癡呆/癡呆相關(guān)死亡病例）的膳食數(shù)據(jù)進(jìn)行深度分析，首次提出包括綠色蔬菜、漿果、柑橘類水果、禽肉、蛋類、馬鈴薯、橄欖油等在內(nèi)的8類核心食物構(gòu)成的癡呆預(yù)防“MODERN膳食方案”，并通過(guò)進(jìn)一步考察確定了該膳食方案對(duì)精神行為障礙的預(yù)防效果。

在“怎么治”的問(wèn)題上，他們?cè)谇捌诎l(fā)現(xiàn)的帕金森病潛在候選靶點(diǎn)基礎(chǔ)上，與復(fù)旦大學(xué)腦科學(xué)轉(zhuǎn)化研究院教授袁鵬團(tuán)隊(duì)、中國(guó)科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所研究員劉聰團(tuán)隊(duì)合作，借助AI手段和大模型技術(shù)，首次發(fā)現(xiàn)了PD全新治療靶點(diǎn)FAM171A2，并通過(guò)對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)，找到了潛在的小分子藥物，有望在疾病早期對(duì)PD進(jìn)行干預(yù)，延緩疾病進(jìn)展。

治療帕金森病靶點(diǎn)篩選研究路徑。受訪者供圖

程煒告訴記者，隨著大模型的加速發(fā)展，現(xiàn)在的AI算力在支撐模型訓(xùn)練、推理以及數(shù)據(jù)挖掘分析等方面的表現(xiàn)越來(lái)越強(qiáng)，同時(shí)基于云平臺(tái)的AI基礎(chǔ)設(shè)施，能提供足夠強(qiáng)大和有充分彈性的AI算力。在這樣的算力支持下，他們的算法、模型能夠很快跑通驗(yàn)證。

“比起以前，現(xiàn)在做臨床大樣本數(shù)據(jù)可以說(shuō)是‘為所欲為’?！背虩樥f(shuō)，這種科研范式一旦建立起來(lái)，許多臨床科研問(wèn)題都可以遷移應(yīng)用。

AI4S不再籠統(tǒng)

它可以是一把鑰匙、一味良藥

而現(xiàn)在，他們?cè)谑褂眠@些“科學(xué)重器”時(shí)，用上了AI這個(gè)更厲害的工具。當(dāng)云上的澎湃算力被用于守護(hù)每一個(gè)家庭的人間煙火，AI4S不再是一個(gè)籠統(tǒng)的概念，而是攻克阿爾茨海默病、帕金森病等頑疾的一味良藥，是看得見(jiàn)、摸得著的希望。

采訪中，記者看到身為“80后”的郁金泰已是頭發(fā)花白，于是問(wèn)他，科研節(jié)奏是不是太緊張了，為什么還要堅(jiān)持去病房見(jiàn)病人或家屬。

“我希望能在看著患者家屬眼睛的時(shí)候告訴他們，這個(gè)病，不是沒(méi)有任何辦法的?！庇艚鹛┱f(shuō)，有了“趁手”的科研范式，他希望盡快找到辦法幫助患者，“起碼能延緩病情或控制住，不再惡化”。

“以前的科研就像大海撈針、慢慢釣魚，需要花費(fèi)大量時(shí)間。”郁金泰表示，而現(xiàn)在人工智能技術(shù)就像一張大網(wǎng)，能夠在海量數(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，極大地提升了研究能力和效率。因此，他希望通過(guò)這套科研范式，團(tuán)隊(duì)解決臨床問(wèn)題的效率再快一點(diǎn)，“最好算力不用排隊(duì)”，設(shè)計(jì)好研究方案就把數(shù)據(jù)跑出來(lái)。

好消息是，前不久，阿里云AI基礎(chǔ)設(shè)施已支撐CFFF平臺(tái)全面升級(jí)，可提供文理醫(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)集的開放使用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，CFFF平臺(tái)上線2年來(lái)，覆蓋了生命科學(xué)、材料科學(xué)等多元領(lǐng)域，已推動(dòng)百余項(xiàng)科研成果落地。

“AD、PD等神經(jīng)退行性疾病看起來(lái)‘不要命’，甚至很多人還覺(jué)得是‘人上了歲數(shù)后老糊涂了’的正?，F(xiàn)象，所以這個(gè)領(lǐng)域的臨床研究需要加速、再加速?！庇艚鹛┱f(shuō)。

郁金泰團(tuán)隊(duì)的“加速”也讓李殊等患者家屬看到了曙光。

“我們還是希望新的診斷技術(shù)和治療技術(shù)快點(diǎn)突破呀！”他們?cè)诼?tīng)到了相關(guān)進(jìn)展后對(duì)記者說(shuō)，“（看到）現(xiàn)在的人工智能會(huì)加快郁教授的研究進(jìn)程，希望教授加速，我們也（愿意）配合。”

來(lái)源：中國(guó)科學(xué)報(bào)微信公眾號(hào)