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今日头条|超级算力与人工智能如何助力新冠疫情防治?

2020-09-29

928日,2020CCF全国高性能计算学术年会在郑州举行。会议举办了《超级算力与人工智能助力新冠疫情防治》论坛,聚焦超级计算机和人工智能技术在2020年新型冠状疫情防治过程中发挥的作用,从疫苗药物研发、疾病传播的时空模拟等多个角度,探讨技术对新冠病毒的防治作用。

上海交通大学生命学院生物信息与生物统计系魏冬青教授、中山大学药学院副院长罗海彬、转化医学国家重大科技基础设施(上海)大数据平台负责人吕纲、中国科学院深圳先进技术研究院副研究员尹凌、鹏城实验室网络通信研究中心副主任汪漪、南方科技大学计算机科学与工程系助理教授唐博围绕“超级算力与人工智能助力新冠疫情防治”开展主题分享,国家超算深圳中心主任、研究员冯圣中,中科院深圳先进技术研究院研究员、执行主任魏彦杰主持了本次论坛。

3月以来,新冠肺炎疫情在全球迅速蔓延,感染人数呈几何级增长,给全球公共卫生安全带来巨大的挑战。抗击疫情,成了全国人民的首要目标。而超级算力与人工智能在助力新冠疫情防治上发挥了不小作用。

超级算力与人工智能助力新冠疫情“防控”

随着新型冠状病毒疫情的不断发展,有关疫情的各类信息也在不断更新,如何从新型冠状病毒大数据知识图谱中高效分析病毒信息(如病毒的宿主、传播途径)成为辅助专业人士迅速掌握病毒来源、有效提高临床治疗效果等问题的关键因素。基于上述需求,唐博在题为《基于新冠病毒的图谱大数据分析技术》的分享中提到,他的团队于2020年年初紧急启动面向新型冠状病毒知识图谱的关键数据分析技术的研发,旨在推出新冠图谱大数据的分析系统,该系统拟实现面向新型冠状病毒知识图谱的频繁模式挖掘,模式洞察力发现等分析功能,为专业人士分析病毒相关问题提供决策依据;同时面向病毒大数据的实时可视分析,为实时溯源分析、辅助临床诊断等提供技术支持。

为了实现疫情精准防控,尹凌在《大数据与超级算力支撑下的传染病时空扩散模拟研究》的报告中,以新冠防控为例,阐述了“大规模个体时空活动数据,有望突破长期以来传染病扩散模拟在人群异质性与时空精准性上的瓶颈”。尹凌认为,利用大规模个体位置数据与其他多源时空数据融合建模,在高性能计算环境支撑下,发展城市尺度上基于千万级个体与建筑物尺度的传染病时空扩散模拟方法,可以提高对传染病时空过程建模的精细度、预测的空间准确性以及干预措施的精准性,促进传染病精准防控。

此外,汪漪在《新发传染病传播示踪与预警系统》的分享中提到,新冠肺炎具有传染源和传播途径等信息未知、传播模型关键参数难以准确估计、感染潜伏期长、传染人群规模大等特点,当前基于已知传染病传播模型的防控技术由于缺少大规模人群密切接触行为等感知数据,难以解决新冠肺炎大规模实时监测、预警和应对等挑战。由鹏城实验室牵头,在新冠肺炎疫情爆发初期率先实施和发布的“病毒的传播示踪与预警系统(TWS)”,利用蓝牙、GPS等关键技术,实现轻量级、全时空、细粒度的接触轨迹精准追踪和传播路径及时示警,能够进一步降低新冠肺炎流行扩大风险,并为未来重大传染病常态化防疫技术的开发和应用提供重要参考。

超级算力与人工智能助力新冠疫情“根治”

防控只是解决问题的开始,为了更好地“根治”疫情,魏冬青教授在题为《大数据时代的个性化药物设计及新冠药物研发应用》的分享中提到,通过超算筛选出了一个新冠病毒的有效多肽抑制剂——人肠防御素5。该多肽抑制剂通过掩蔽受体,人血管紧张素转化酶2(ACE2)抑制新冠病毒(SARS-CoV-2)突刺蛋白对人黏膜细胞的侵袭,从而阻断新冠病毒传染途径,为抗击疫情提供了一个新思路。

无独有偶,罗海彬在题为《HPC驱动的新冠药物筛选及临床验证》的分享中提到,该项目组已自主研制一套生物医药软件系统,尤其是药/靶亲合力自由能微扰预测方法(GA-FEP模块)突破了外国软件公司“卡脖子”技术封锁,实现了自主可控。该项目另外一个典型应用,即新冠肺炎疫情大规模爆发时依托研发的软件系统及国产HPC平台,开展快速和精准预测以获得应急响应药物双嘧达莫(该药治疗三周后,重型患者出院率为87.5%及普通型患者出院率为100%,明显优于对照组重型患者33.3%的出院率),明显提高治愈率并降低死亡率,从而发挥软件系统的典型示范作用。

同时,吕纲的分享题目为《多组学研究背景下的HPC——新冠疫情中的科研实践》,他围绕先进计算支撑新冠病毒研究的创新与实践展开演讲,当前生物医学技术快速发展,除了经典的单一组学研究方法,多组学整合分析成为主要方向,相应临床和科研对数据分析提出更高要求。为了更好地应对挑战,国家转化医学中心建立先进计算中心支撑生物医学领域大数据相关应用,通过标准化数据产出与分析规范,建设立体化样本数据库、LIMS与生信分析平台等形成全数据的全周期管理,为公共卫生安全突发事件、日常医学临床科研提供有效支撑。

疫情防控,人人有责。抗击疫情是一场全民行动,科学家们从疫苗药物研发、疾病传播的时空模拟等多个角度探讨了技术对新冠病毒的防治作用,对我们打赢疫情防控战奠定了技术基础。

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