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

加州大學(xué)洛杉磯分校和南特工廠的研究人員開(kāi)發(fā)了一種人工智能驅(qū)動(dòng)的設(shè)備，它可以在幾毫秒內(nèi)檢測(cè)癌細(xì)胞-比以前的方法快幾百倍。 通過(guò)這樣的速度，本發(fā)明可以在檢測(cè)到癌細(xì)胞后立即從血液中提取癌細(xì)胞，這反過(guò)來(lái)又有助于防止疾病在體內(nèi)傳播。

一篇關(guān)于這一進(jìn)展的論文發(fā)表在《自然科學(xué)報(bào)告》雜志上。

該方法依賴(lài)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)，它是一種人工智能技術(shù)，在這種技術(shù)中，算法被“訓(xùn)練”使用大量數(shù)據(jù)來(lái)執(zhí)行任務(wù)。 在深度學(xué)習(xí)中，稱(chēng)為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的算法是根據(jù)人腦的工作方式建模的。 與其他類(lèi)型的機(jī)器學(xué)習(xí)相比，深度學(xué)習(xí)已被證明在識(shí)別和生成圖像、語(yǔ)音、音樂(lè)和視頻方面特別有效。

光子時(shí)間拉伸是UCLA發(fā)明的一種超快測(cè)量技術(shù)。 光子時(shí)間拉伸儀器使用超短激光爆發(fā)，每秒捕獲數(shù)萬(wàn)億個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，比今天最快的微處理器快1000倍以上.. 該技術(shù)幫助科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了激光物理學(xué)中的罕見(jiàn)現(xiàn)象，并發(fā)明了用于三維顯微鏡、光譜學(xué)和其他應(yīng)用的新型生物醫(yī)學(xué)儀器。

加州大學(xué)洛杉磯分校Samueli工程學(xué)院電氣和計(jì)算機(jī)工程教授、加州大學(xué)洛杉磯分校納米系統(tǒng)研究所成員、資深作者Bahram Jalali說(shuō)：“由于這些儀器所產(chǎn)生的珍貴數(shù)據(jù)數(shù)量極多，時(shí)間延長(zhǎng)儀器和深度學(xué)習(xí)是天造地設(shè)的一種匹配。”

該系統(tǒng)還使用了一種稱(chēng)為成像流式細(xì)胞術(shù)的技術(shù)。 細(xì)胞測(cè)量是測(cè)量細(xì)胞特性的科學(xué)；在成像流式細(xì)胞術(shù)中，這些測(cè)量是通過(guò)使用激光一次拍攝細(xì)胞的圖像，當(dāng)它們通過(guò)載體流體流動(dòng)時(shí)。 雖然在流式細(xì)胞術(shù)中已經(jīng)有對(duì)細(xì)胞進(jìn)行分類(lèi)的技術(shù)，但這些技術(shù)的處理步驟發(fā)生得如此緩慢，以至于設(shè)備沒(méi)有時(shí)間將細(xì)胞物理分離開(kāi)來(lái)。

在他們以前的工作的基礎(chǔ)上，Jalali和他的同事開(kāi)發(fā)了一個(gè)深度學(xué)習(xí)管道，通過(guò)直接操作作為成像流式細(xì)胞術(shù)過(guò)程一部分的激光信號(hào)來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，這消除了其他技術(shù)的時(shí)間密集型處理步驟。

“我們優(yōu)化了深層神經(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)胞儀產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)，從而提高了軟件和儀器的性能，”訪問(wèn)博士生李月琴說(shuō)，他是該論文的第一作者。

加州大學(xué)洛杉磯分校博士后研究員和該論文的合著者AtaMahjoubfar說(shuō)，這項(xiàng)技術(shù)允許儀器在幾乎瞬間確定一個(gè)細(xì)胞是否癌變。

“我們不再需要提取細(xì)胞的生物物理參數(shù)了，”他說(shuō)。 相反，深層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)原始數(shù)據(jù)本身的分析速度極快。