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新的人工智能工具创建婴儿微生物组的虚拟模型并预测神经发育缺陷

2024-04-11 10:51:25 精选百科 来源:
导读 肠道微生物组对婴儿的健康和发育具有深远的影响。研究表明,菌群失调或微生物群落失衡与胃肠道疾病和神经发育缺陷有关。然而,通过传统的实...

肠道微生物组对婴儿的健康和发育具有深远的影响。研究表明,菌群失调或微生物群落失衡与胃肠道疾病和神经发育缺陷有关。然而,通过传统的实验室实验来了解肠道细菌如何相互作用,以及这些相互作用如何可能导致其中一些问题是困难且耗时的。

芝加哥大学的研究人员开发了一种新的生成人工智能 (AI) 工具,可以对婴儿微生物组进行建模。婴儿微生物组的“数字双胞胎”创建了一个虚拟模型,可以预测肠道中微生物物种的动态变化,以及它们随着婴儿的发育如何变化。研究人员利用从新生儿重症监护病房(NICU)的早产儿收集的粪便样本数据,使用名为 Q-net 的模型来预测哪些婴儿有认知缺陷的风险,准确率达 76%。

Ishanu Chattopadhyay 博士说:“你只能通过查看微生物组的快照并了解其中有多少细菌的不同水平来了解这一点,因为在早产儿中,微生物组在不断变化和成熟。”医学助理教授和论文“预测神经发育缺陷的婴儿微生物组的数字双胞胎”的高级作者,发表在《科学进展》上。

“因此,我们开发了一种使用生成人工智能的新方法来构建系统的数字双胞胎,该系统可以模拟细菌变化时的相互作用。”

就像其他形式的人工智能一样,数字孪生概念是一种潜在的变革性技术,它连接了计算机科学、工程、数学和生命科学领域,以复制生物系统的行为。就微生物组动态而言,Chattopadhyay 表示这是一个规模问题。

测试细菌相互作用的典型湿实验室实验非常耗时。测试一个典型群体与 1,000 个物种的所有双向相互作用将需要 1,000 多年的时间,更不用说三个、四个或更多个物种之间更复杂的相互作用是常见的。


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