美國研究人員開發(fā)出一種過程可獲取的深度學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)新算法，能夠揭示細(xì)胞的內(nèi)部活動。

人工智能可以執(zhí)行多種通常需要人類完成的復(fù)雜任務(wù)，比如面部識別、語言翻譯和玩游戲。深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)也稱人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，它們越來越多地被用于生物數(shù)據(jù)分析自動化。

深度學(xué)習(xí)模型的一個(gè)挑戰(zhàn)是它們的“黑箱”性質(zhì)，也就是說無法輕易鑒定一個(gè)模型執(zhí)行某項(xiàng)任務(wù)時(shí)的過程。在生物應(yīng)用方面，調(diào)查深度學(xué)習(xí)模型如何識別和處理所分析的數(shù)據(jù)的能力或許可以幫助研究者更好地理解這些數(shù)據(jù)背后的生物學(xué)。

來自 d-cell.ucsd.edu 的網(wǎng)站截圖，研究人員可以使用加州大學(xué)圣迭戈醫(yī)學(xué)院開發(fā)的一種新型虛擬酵母細(xì)胞 DCell。

加州大學(xué)圣地亞哥分校 的 Trey Ideker 及同事通過將一個(gè)深度學(xué)習(xí)算法的結(jié)構(gòu)映射在已知細(xì)胞內(nèi)分子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)上，創(chuàng)建了一個(gè)“可視的”人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)——虛擬酵母細(xì)胞 DCell。

DCell模型是將模型內(nèi)部運(yùn)作與真實(shí)系統(tǒng)的內(nèi)部運(yùn)作耦合在一起，是一種嵌入2526個(gè)包含真核細(xì)胞子系統(tǒng)的分層結(jié)構(gòu)的可見神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（http://d-cell.ucsd.edu/）。經(jīng)過數(shù)百萬種基因型的訓(xùn)練驗(yàn)證，DCell幾乎能夠與實(shí)驗(yàn)室觀察到的一樣準(zhǔn)確模擬細(xì)胞生長。在模擬過程中，基因型會誘導(dǎo)子系統(tǒng)的活動模式，從而能夠?qū)蛐?- 表型關(guān)聯(lián)的分子機(jī)制進(jìn)行計(jì)算機(jī)研究。通過統(tǒng)計(jì)，484個(gè)子系統(tǒng)（21％）捕獲了80％的重要增長預(yù)測，可以反映復(fù)雜表型的出現(xiàn)。 DCell為解碼疾病遺傳學(xué)，耐藥性和合成生命提供了基礎(chǔ)。

研究人員表示，一旦模型完成訓(xùn)練，它便能夠預(yù)測遺傳變化的生理影響。此外，由于模型的組分均可獲取，它也能讓科學(xué)家更好地理解基因與生理特征關(guān)系背后的機(jī)制。研究人員指出，一個(gè)可視的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以被用于理解遺傳邏輯，鑒定哪些分子系統(tǒng)對特定生理特征有重要影響，以及發(fā)現(xiàn)細(xì)胞中的新過程。