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。當病毒進入體內(nèi)時，它會破壞它們的相互作用，并操縱它們進行自身復(fù)制。這是遺傳疾病的基礎(chǔ)，了解病毒如何運作是很有意義的。

像病毒這樣的對手激發(fā)了明謝電子與計算機工程系副教授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?！拔覀冊噲D用數(shù)學(xué)模型重現(xiàn)這個問題，”Bogdan說。今年4月初，他們在《自然通訊》(Nature Communications)雜志上發(fā)表了一項開創(chuàng)性的統(tǒng)計機器學(xué)習(xí)研究，內(nèi)容是“針對對抗干預(yù)，重建缺失的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)”。

去年獲得2018年最佳論文獎電氣和計算機工程博士學(xué)位的薛說:“理解關(guān)鍵蛋白和基因的隱形網(wǎng)絡(luò)是一項挑戰(zhàn)，對設(shè)計對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)”將每個蛋白質(zhì)建模為一個“節(jié)點”?！叭绻麅煞N蛋白質(zhì)相互作用，就會有一條‘邊’將它們連接起來。薛解釋說:“病毒的攻擊類似于移除這個網(wǎng)絡(luò)中的某些節(jié)點和鏈接。”因此，原來的網(wǎng)絡(luò)不再可見。

“有些網(wǎng)絡(luò)是高度動態(tài)的。它們變化的速度可能非常快，也可能非常慢?！拔覀兛赡軟]有傳感器來獲得準確的測量數(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需要通過找到對不可見部分的可靠估計來重建原始網(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，也不知道病毒的行為。”為了解決這個問題，薛補充道，“關(guān)鍵是依靠統(tǒng)計機器學(xué)習(xí)框架來追蹤所有的可能性，并找到最可能的估計?！?/p>

與之前的研究形成鮮明對比的是，該實驗室的創(chuàng)新之處在于，他們積極地將攻擊的影響和因果關(guān)系(即“敵對干預(yù)”)融入到他們的學(xué)習(xí)算法中，而不是把它當作一個隨機抽樣過程。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，他們的研究對涉及對抗攻擊的任何網(wǎng)絡(luò)重建問題都具有深遠的應(yīng)用，涉及生態(tài)學(xué)、社會科學(xué)、神經(jīng)科學(xué)和網(wǎng)絡(luò)安全等多個領(lǐng)域。他們的論文還證明了他們有能力確定噴子和機器人對社交媒體用戶的影響。

Bogdan計劃通過試驗一系列的攻擊模型、更復(fù)雜、更多樣的數(shù)據(jù)集和更大的網(wǎng)絡(luò)來擴展他們的工作，以了解它們對重建網(wǎng)絡(luò)的影響。

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