研究人員發(fā)現(xiàn)了被攻擊網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)

人體的機(jī)制是奇妙的，但他們并沒有放棄所有的秘密。為了真正征服人類疾病，了解在最基本的層面上發(fā)生了什么是至關(guān)重要的。

細(xì)胞的基本功能是由蛋白質(zhì)分子完成的，蛋白質(zhì)分子之間的相互作用具有不同的復(fù)雜性。當(dāng)病毒進(jìn)入體內(nèi)時(shí)，它會(huì)破壞它們的相互作用，并操縱它們進(jìn)行自身復(fù)制。這是遺傳疾病的基礎(chǔ)，了解病毒如何運(yùn)作是很有意義的。

像病毒這樣的對(duì)手激發(fā)了明謝電子與計(jì)算機(jī)工程系副教授Paul Bogdan和最近畢業(yè)于USC網(wǎng)絡(luò)物理系統(tǒng)組的博士生yuyuankun Xue的靈感，他們想要弄清楚病毒究竟是如何與人體中的蛋白質(zhì)相互作用的。“我們?cè)噲D用數(shù)學(xué)模型重現(xiàn)這個(gè)問題，”Bogdan說。今年4月初，他們?cè)凇蹲匀煌ㄓ崱?Nature Communications)雜志上發(fā)表了一項(xiàng)開創(chuàng)性的統(tǒng)計(jì)機(jī)器學(xué)習(xí)研究，內(nèi)容是“針對(duì)對(duì)抗干預(yù)，重建缺失的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)”。

去年獲得2018年最佳論文獎(jiǎng)電氣和計(jì)算機(jī)工程博士學(xué)位的薛說:“理解關(guān)鍵蛋白和基因的隱形網(wǎng)絡(luò)是一項(xiàng)挑戰(zhàn)，對(duì)設(shè)計(jì)對(duì)抗病毒甚至癌癥等疾病的新藥物或基因療法極其重要?！?/p>

“蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)”將每個(gè)蛋白質(zhì)建模為一個(gè)“節(jié)點(diǎn)”?！叭绻麅煞N蛋白質(zhì)相互作用，就會(huì)有一條‘邊’將它們連接起來。薛解釋說:“病毒的攻擊類似于移除這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的某些節(jié)點(diǎn)和鏈接。”因此，原來的網(wǎng)絡(luò)不再可見。

“有些網(wǎng)絡(luò)是高度動(dòng)態(tài)的。它們變化的速度可能非?？?，也可能非常慢。“我們可能沒有傳感器來獲得準(zhǔn)確的測(cè)量數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡(luò)的一部分無法被觀察到，因此變得不可見?！?/p>

為了追蹤病毒攻擊的影響，Bogdan和Xue需要通過找到對(duì)不可見部分的可靠估計(jì)來重建原始網(wǎng)絡(luò)，這并不是一件容易的事情。Bogdan說:“挑戰(zhàn)在于你看不到鏈接，看不到節(jié)點(diǎn)，也不知道病毒的行為。”為了解決這個(gè)問題，薛補(bǔ)充道，“關(guān)鍵是依靠統(tǒng)計(jì)機(jī)器學(xué)習(xí)框架來追蹤所有的可能性，并找到最可能的估計(jì)?！?/p>

與之前的研究形成鮮明對(duì)比的是，該實(shí)驗(yàn)室的創(chuàng)新之處在于，他們積極地將攻擊的影響和因果關(guān)系(即“敵對(duì)干預(yù)”)融入到他們的學(xué)習(xí)算法中，而不是把它當(dāng)作一個(gè)隨機(jī)抽樣過程。Bogdan解釋說，“它的真正力量在于它的通用性——它可以與任何類型的攻擊和網(wǎng)絡(luò)模型一起工作?！?/p>

由于他們提出的框架具有普遍性，他們的研究對(duì)涉及對(duì)抗攻擊的任何網(wǎng)絡(luò)重建問題都具有深遠(yuǎn)的應(yīng)用，涉及生態(tài)學(xué)、社會(huì)科學(xué)、神經(jīng)科學(xué)和網(wǎng)絡(luò)安全等多個(gè)領(lǐng)域。他們的論文還證明了他們有能力確定噴子和機(jī)器人對(duì)社交媒體用戶的影響。

Bogdan計(jì)劃通過試驗(yàn)一系列的攻擊模型、更復(fù)雜、更多樣的數(shù)據(jù)集和更大的網(wǎng)絡(luò)來擴(kuò)展他們的工作，以了解它們對(duì)重建網(wǎng)絡(luò)的影響。

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