深度學(xué)習(xí)使科學(xué)家能夠在幾毫秒內(nèi)識(shí)別血液中的癌細(xì)胞

加州大學(xué)洛杉磯分校和NantWorks的研究人員開(kāi)發(fā)了一種人工智能驅(qū)動(dòng)的設(shè)備，能夠在幾毫秒內(nèi)檢測(cè)癌細(xì)胞，比以前的方法快數(shù)百倍。利用該速度，本發(fā)明可以在檢測(cè)到血液后立即從血液中提取癌細(xì)胞，這又可以幫助防止疾病在體內(nèi)擴(kuò)散。

該方法依賴于兩種核心技術(shù)：深度學(xué)習(xí)和光子時(shí)間拉伸。深度學(xué)習(xí)是一種機(jī)器學(xué)習(xí)，一種人工智能技術(shù)，其中算法被“訓(xùn)練”以使用大量數(shù)據(jù)執(zhí)行任務(wù)。在深度學(xué)習(xí)中，稱為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的算法是根據(jù)人類(lèi)大腦的工作原理建模的。與其他類(lèi)型的機(jī)器學(xué)習(xí)相比，深度學(xué)習(xí)已被證明對(duì)識(shí)別和生成圖像，語(yǔ)音，音樂(lè)和視頻特別有效。

光子時(shí)間拉伸是加州大學(xué)洛杉磯分校發(fā)明的超快速測(cè)量技術(shù)。光子時(shí)間拉伸儀器使用超短激光脈沖每秒捕獲數(shù)萬(wàn)億個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，比現(xiàn)在最快的微處理器快1000多倍。該技術(shù)幫助科學(xué)家發(fā)現(xiàn)激光物理學(xué)中的罕見(jiàn)現(xiàn)象，并為三維顯微鏡，光譜學(xué)和其他應(yīng)用發(fā)明了新型生物醫(yī)學(xué)儀器。

加州大學(xué)洛杉磯分校Samueli工程學(xué)院的電氣和計(jì)算機(jī)工程教授，加州大學(xué)洛杉磯分校的教授Bahram Jalali說(shuō)：“由于他們產(chǎn)生了大量珍貴的數(shù)據(jù)，時(shí)間伸展的工具和深度學(xué)習(xí)是天上的匹配。”加州大學(xué)洛杉磯分校加州納米系統(tǒng)研究所成員。

該系統(tǒng)還使用稱為成像流式細(xì)胞儀的技術(shù)。細(xì)胞計(jì)數(shù)是測(cè)量細(xì)胞特征的科學(xué); 在成像流式細(xì)胞術(shù)中，這些測(cè)量是通過(guò)使用激光在流過(guò)載液時(shí)一次一個(gè)地拍攝細(xì)胞的圖像而獲得的。盡管已經(jīng)存在用于在成像流式細(xì)胞術(shù)中對(duì)細(xì)胞進(jìn)行分類(lèi)的技術(shù)，但是這些技術(shù)的處理步驟發(fā)生得如此緩慢以至于裝置沒(méi)有時(shí)間將細(xì)胞彼此物理地分離。

在他們以前的工作基礎(chǔ)上，Jalali及其同事開(kāi)發(fā)了一種深度學(xué)習(xí)流程，通過(guò)直接操作成像流式細(xì)胞術(shù)過(guò)程中的激光信號(hào)來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，從而消除了其他技術(shù)的時(shí)間密集型處理步驟。

“我們優(yōu)化了深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)，以處理由我們的時(shí)間拉伸成像流式細(xì)胞儀創(chuàng)建的大量數(shù)據(jù) - 升級(jí)軟件和儀器的性能，”訪問(wèn)博士生李月琴和論文的第一篇作者。

加州大學(xué)洛杉磯分校博士后研究員，該論文的共同作者Ata Mahjoubfar表示，該技術(shù)使儀器能夠確定細(xì)胞是否即刻發(fā)生癌變。

“我們不再需要提取細(xì)胞的生物物理參數(shù)，”他說(shuō)。“相反，深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以非?？焖俚胤治鲈紨?shù)據(jù)本身。”