芝加哥大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的研究表明，AI技術(shù)驅(qū)動(dòng)的“數(shù)字孿生”能夠?qū)雰何⑸锝M進(jìn)行建模，從而預(yù)測嬰兒成長后期可能出現(xiàn)的神經(jīng)發(fā)育問題。

利用早產(chǎn)兒糞便樣本中的極早期腸道微生物組相關(guān)數(shù)據(jù)，數(shù)字孿生能夠非常準(zhǔn)確地預(yù)測其后期微生物組構(gòu)成，以及相對(duì)應(yīng)的神經(jīng)發(fā)育缺陷。

這篇論文被發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》期刊上，研究的主要作者、來自芝加哥大學(xué)的Ishanu Chattopadhyay在一份聲明中表示，“我們只需觀察微生物組的快照并分析各類菌群的不同水平，即可快速得出結(jié)論。這是因?yàn)樵谠绠a(chǎn)兒當(dāng)中，微生物組會(huì)持續(xù)變化并發(fā)育成熟。”

“因此，我們開發(fā)出一種使用生成式AI為微生物組構(gòu)建系統(tǒng)數(shù)字孿生的新方法，該系統(tǒng)能夠模擬菌群變化時(shí)的相互作用。”

這項(xiàng)研究仍處于早期階段，但如果得到驗(yàn)證，研究小組相信其可以幫助預(yù)測哪些嬰兒可能需要早期微生物組移植，以幫助他們改善神經(jīng)發(fā)育情況。

作者們?cè)谡撐闹袑懙溃?ldquo;越來越多的證據(jù)表明，微生物失調(diào)會(huì)導(dǎo)致多種疾病的發(fā)生和發(fā)展，包括影響基本消化過程乃至通過微生物群-腸-腦這條行進(jìn)軸影響中樞神經(jīng)系統(tǒng)。”

“雖然學(xué)術(shù)界已經(jīng)觀察到微生物組在包括早產(chǎn)兒在內(nèi)的人體大腦發(fā)育中的作用，以及微生物失調(diào)與神經(jīng)炎癥及神經(jīng)發(fā)育障礙之間的關(guān)系，但其沿腸腦軸運(yùn)作的具體機(jī)制仍是個(gè)未被徹底解開的謎團(tuán)。”

為了推動(dòng)對(duì)這一領(lǐng)域的探索，Chattopadhyay及其同事使用從88名早產(chǎn)兒的398份糞便樣本中提取到的16S核糖體RNA譜來指導(dǎo)并訓(xùn)練數(shù)字孿生模型。提供這些數(shù)據(jù)的嬰兒有些出現(xiàn)了神經(jīng)發(fā)育問題，有些則健康無恙，這就讓AI得以學(xué)會(huì)如何預(yù)測新生兒的潛在發(fā)育問題。

研究小組發(fā)現(xiàn)，數(shù)字孿生能夠預(yù)測發(fā)育欠缺與頭圍生長不良的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)受試者特征的正確覆蓋率高達(dá)76%。妊娠30周時(shí)的陽性預(yù)測正確率為95%，特異性預(yù)測正確率為98%。

研究人員計(jì)算出，早期微生物組移植能夠幫助約45%的嬰兒免遭發(fā)育問題侵?jǐn)_，但具體情況還須在未來的工作中進(jìn)一步驗(yàn)證，特別是錯(cuò)誤補(bǔ)充菌群可能帶來的負(fù)面效應(yīng)。

Chattopadhyay解釋稱，“我們不能指望著單靠給予益生菌就降低發(fā)育風(fēng)險(xiǎn)。嬰兒的微生物組非常重要，在補(bǔ)充時(shí)需要從多個(gè)角度進(jìn)行精準(zhǔn)把控。”

研究人員還提到，數(shù)字孿生模型未來可能會(huì)將研究重點(diǎn)放在腸道微生物組中的特定病癥與治療目標(biāo)身上。與現(xiàn)有研究方法相比，其有望顯著縮短診療方案的開發(fā)周期。