AI 诊断再突破! DNA 神经网络具“分子手写”辨识能力!

0

2011 年,加州理工学院(California Institute of Technology)生物工程系的研究团队在人工智能(AI)领域有重大突破,他们不是透过机器人或一块硅芯片,而是在一根试管的 DNA 中,制造出一个人工神经网络(neural networks),并且创造出一个互动分子回路,以不完整的模式(patterns)回想过去的记忆,如同一个人类脑袋所能办到的。

近日,该研究团队为了持续建构 DNA 神经网络的能力,让人工神经网络的进行“分子手写辨识”(molecules recognising handwriting)挑战。他们教导人工神经网络如何辨识分子数字,并且解释分子手写的变化,然后将未知数字与其所谓的记忆进行比较并确定数字的正确性。该研究刊登于《Nature》。

经过该研究团队精心设计而制成的 DNA 序列的神经网络,可以进行规定的化学反应,以准确辨识“分子手写”。与几何形状不同的视觉手写不同,每个分子手写的例子实际上并没有采用数字的形状。相反,每个分子数由 20 个独特的 DNA 链组成,这些 DNA 链选自100个分子,每个分子代表任何 10×10 模式的单个像素,并且将这些DNA链在试管中混合在一起。于分子手写的一个特殊例子,此外,DNA神经网络可以将其分为多达九个类别,每个类别可分别代表 1 ~ 9 的九个手写数字。其中 90% 的手写数字是来自于机器学习应用的数据库。

理论上,该神经系统网络能够将 12000 个以上的手写 6s 和 7s 进行分类。因此,他们让该神经网络来辨识手写的 6s 和 7s。研究人员先测试 36 个手写数字,然后透过“毁灭者”和萤光技术,来确认神经网络辨识数字的正确性。毁灭者(annihilator)会与所有它认为非正确数字的 DNA 讯号结合形成一个复合物,并反应形成惰性、且非反应性的物质,最后剩下那一个 DNA 讯号,即为神经网络辨识的手写数字。结果显示,该神经网络正确辨识了所有手写数字。

接着,他们进一步开发一个更复杂的神经网络系统,能分类单个 1 ~ 9。当给出一个未知数字时,该神经网络也会经历一系列的反应和输出二个萤光讯号,例如,绿色和黄色代表 5,或绿色和红色代表 9。

最后,该研究团队 Lulu Qian 助理教授表示,他们将不断开发能够学习且能记忆的神经网络,并期待它们从事不同工作。此外,该研究第一作者 Kevin Cherry 博士生表示,常见的医学诊断能检测特定的生物分子,例如胆固醇或血糖。若能使用像他们这种更复杂的生物分子电路和分析方法,未来将有望在一天内直接检测并诊断出数百种生物分子。

延伸阅读:AI 分析 DNA 甲基化 神经瘤诊断新帮手

鉴识科学

参考资料:
1. Nature, 2011, 475:368–372.
2. Nature, 2018; DOI: 10.1038/s41586-018-0289-6
3. https://www.sciencedaily.com/releases/2018/07/180704135320.htm

©www.geneonline.news. All rights reserved. 基因线上版权所有 未经授权不得转载。合作请联系:[email protected]