“平時走路穩(wěn)不穩(wěn)？會不會突然摔倒？”“眼睛看得清楚嗎？腦子反應快不快？” “好，現(xiàn)在看我手的示意，慢慢轉(zhuǎn)動腦袋……”

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

郁金泰教授（右一）和團隊在復旦大學附屬華山醫(yī)院開學術(shù)研討會

隨著人口老齡化加劇，與年齡相關(guān)的神經(jīng)退行性疾病負擔持續(xù)上升。這位80后醫(yī)學專家，17年來每天都在和阿爾茨海默病、帕金森病等“過招”。今年，繼發(fā)現(xiàn)帕金森病全新治療靶點后，阿爾茨海默病早篩早診檢測試劑也將于年底上線各大醫(yī)院和體檢中心，有助于提前預測發(fā)病風險。

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

“通過人工智能賦能，加速阿爾茨海默病預防診治研究的進程，最終實現(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)學進步的交融中，人類延長健康壽命的美好愿景正一步步變?yōu)楝F(xiàn)實。

提前15年預測

阿爾茨海默病發(fā)病風險

“我感覺我的葉子都掉光了，那些樹枝、狂風和暴雨。我已經(jīng)搞不明白發(fā)生的一切。”2021年奧斯卡金像獎最佳男主角獲獎影片《困在時間里的父親》，主人公是一位阿爾茨海默病患者，隨著病情的加重，他分不清過去和現(xiàn)在、幻想和現(xiàn)實……

生活中，千萬患者正經(jīng)歷著同樣的迷失——中國有近1700萬癡呆癥患者，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全解的神經(jīng)退行性疾病，早發(fā)現(xiàn)早干預成為對抗它的關(guān)鍵。

今年2月，央視新聞一則關(guān)于復旦大學科研團隊的報道點燃了希望之火：通過AI算法分析血漿蛋白質(zhì)，未來或可實現(xiàn)僅需幾滴血就能預測包括阿爾茨海默病在內(nèi)的上百種疾病風險。

“阿爾茨海默病的發(fā)病率隨著年齡呈指數(shù)級增長，70歲以上發(fā)病率可達15%，過了85歲可能達到20%-30%，95歲以后這個數(shù)字增長到45%?！庇艚鹛└嬖V九千光年。

通常阿爾茨海默病的確診，依賴于臨床問診、神經(jīng)評估以及一系列檢查排除其他原因，但臨床判斷的準確率只有70%-80%?！跋敫鼫蚀_的話，早期檢測可以做PET（正電子發(fā)射計算機斷層掃描）、腰穿查腦積液，但前者價格高昂且有輻射風險，后者有創(chuàng)性，不被部分患者或家屬接受?！?/p>

有沒有更優(yōu)解？

郁金泰團隊在外周血（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，在發(fā)病前15年就會有異常波動。這項發(fā)布于《自然·衰老》（Nauture Aging）的研究成果顯示，通過血漿及腦脊液蛋白質(zhì)組學研究發(fā)現(xiàn)阿爾茨海默病新的診斷生物標志物，聯(lián)合診斷精度高達98.7%。

“這種檢測兼具便捷性與經(jīng)濟性，未來或許可以大規(guī)模普及，尤其是在社區(qū)層面?！庇艚鹛┱J為。

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

以此為起點，團隊納入了5萬人的約3000種測序蛋白，繪制了更宏大的蛋白質(zhì)組圖譜，試圖通過血液檢測實現(xiàn)數(shù)百種疾病的早期預警。

對我們普通人來說，這項成果的現(xiàn)實意義在于，不久的將來，一次普通的血檢或許就能打開預防疾病的先知之門。而今年底，阿爾茨海默病早篩早診檢測試劑就會先行上線各大醫(yī)院和體檢中心。

數(shù)年完成的計算分析

縮短至數(shù)周甚至數(shù)天

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

郁金泰團隊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。

應用數(shù)學出身的程煒，與郁金泰相識于5年前。雙方團隊興趣相似、優(yōu)勢互補，一個醫(yī)工交叉的課題組應運而生。

復旦大學附屬華山醫(yī)院郁金泰教授團隊與復旦大學類腦智能科學與技術(shù)研究院馮建峰教授團隊合影。前排左二為郁金泰，右二為程煒。

過去人們沒有開展蛋白質(zhì)組研究，主要受限于蛋白質(zhì)檢測技術(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。“當時，我們利用血液中的蛋白質(zhì)組學數(shù)據(jù)，測了約3000個不同的蛋白，通過算法分析識別出10個與阿爾茨海默病發(fā)病高度關(guān)聯(lián)的蛋白質(zhì)標志物?！背虩樈忉專绻脗鹘y(tǒng)方法可能會找到數(shù)百個關(guān)聯(lián)蛋白，無法精準判斷哪些才是核心。

支撐這一突破的“超級大腦”是CFFF智算平臺，阿里云提供的AI算力將原本需要數(shù)年的計算任務壓縮到數(shù)周甚至是數(shù)天。這種算力躍遷讓程煒感觸頗深：“2011-2012年那會兒，我們團隊自己買了幾臺機器，處理100人的影像數(shù)據(jù)就已很難，一臺小服務器跑了好幾天。”依托CFFF平臺運行后，他有信心建立更大的數(shù)據(jù)庫來推動研究。

目前，團隊的研究數(shù)據(jù)主要來自兩大渠道：公開數(shù)據(jù)（國內(nèi)外開放數(shù)據(jù)庫），以及專有數(shù)據(jù)。后者包括類腦研究院數(shù)萬人腦影像庫、華山醫(yī)院臨床數(shù)據(jù)，以及HEAD隊列數(shù)據(jù)（在全國范圍建立的社區(qū)腦健康衰老隊列）。

“以前的研究過程像是在大海撈針，尋找特定的科研線索猶如釣魚，可能需要很長時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，能在短時間內(nèi)高效篩選出大量相關(guān)數(shù)據(jù)，精準定位到目標，大大節(jié)約科研人員的時間和精力，也增強了科研人員解決問題的能力。”郁金泰表示。

重塑科研范式

“這是中國也是全球第一次讓高校擁有了和科技巨頭一樣的研究計算平臺，讓研究真正進入計算驅(qū)動的時代。”兩年前的6月CFFF上線當天，中國工程院院士、阿里云創(chuàng)始人王堅如是說。兩年來，它已覆蓋生命科學、材料科學等多元領(lǐng)域，推動百余項科研成果落地。

CFFF包含兩個計算機集群：面向多學科融合創(chuàng)新的“切問1號”，以及面向計算科學高精尖研究的專用高性能計算機集群“近思1號”。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)、分級存儲技術(shù)、AI與大數(shù)據(jù)一體化技術(shù)，兩個集群連成了一臺真正意義上的“超級計算機”。

其中，阿里云烏蘭察布數(shù)據(jù)中心以公共云模式，為全國科研機構(gòu)的多個項目提供超千卡并行智能計算，支持千億參數(shù)的大模型訓練。千卡并行的有效算力達到行業(yè)領(lǐng)先的92%，可拓展性達到萬卡，萬卡并行有效算力也可達90%。

據(jù)九千光年了解，研究團隊在CFFF平臺上開設(shè)賬號，團隊負責人可設(shè)置不同的子賬號分配給各組研究員使用。相比CFFF建成前各團隊需自行購買服務器排隊使用，CFFF提供了更充足的算力，可以實現(xiàn)多任務同時計算。一個賬號對應一個域，數(shù)據(jù)都在一個賬號域內(nèi)，計算環(huán)境也更安全。

在程煒看來，隨著AI時代對算力需求的增長，以及對數(shù)據(jù)安全和隱私保護的重視，很多高校都在建立或強化自己的計算平臺。“尤其是在涉及敏感臨床數(shù)據(jù)的研究中，自己擁有計算平臺必不可少。”

對于研究人員而言，CFFF也正在引發(fā)一場科研范式的變革。

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

AI驅(qū)動精準醫(yī)學的下一站

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

這次，研究團隊成功發(fā)現(xiàn)了帕金森病全新治療靶點，并利用AI篩選出候選藥物，登上《細胞》和《自然》等國際頂刊。這項原本需要數(shù)十年的研究，在AI加持下僅用5年就取得突破性進展。

團隊研究路徑

眼下，程煒團隊還在CFFF平臺構(gòu)建了一個基于血液多組學的多疾病預測模型。該模型僅需通過血液樣本，就能對200多種疾病進行10年內(nèi)的風險預警，準確率超80%。“我們搭建了一個交互式平臺，用戶可以上傳體檢報告或血液檢查結(jié)果，系統(tǒng)將根據(jù)模型提供疾病風險預警服務。它基于真實生物學數(shù)據(jù)，而非大語言模型的預測?！?/p>

郁金泰則透露，將進一步利用人工智能新模型和新算法，整合多組學數(shù)據(jù)，促進精準醫(yī)學發(fā)展。人類健康與疾病的代謝組圖譜和多組學圖譜等，都在緊鑼密鼓地繪制中。

與此同時，阿里云AI基礎(chǔ)設(shè)施也已支撐CFFF平臺全面升級，提供文理醫(yī)工各學科47個特色學科模型和4萬余個科學數(shù)據(jù)集開放使用，支持發(fā)表了多篇CNS級別的高水平論文。

“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度。”程煒表示。不只為征服星辰大海，更為守護人間煙火，這或許就是AI最溫暖的價值所在。

文 | 童蔚 實習生 徐一諾

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