۵ کاربرد هیجان انگیز هوش مصنوعی در بیولوژی!

به تصویر در آوردن خواب،رویاها وخاطرات!

تصور کنید یک کامپیوتر بتواند افکار شما را به نمایش درآورد یا تصاویری که در خواب دیده‌اید را ترسیم کند!هم اکنون این موضوع زیاد دور از ذهن نیست و دانشمندان دانشگاه کیوتو در ژاپن به کمک هوش مصنوعی موفق به رمزگشایی افکار انسان شده‌اند.
پژوهش‌های این دانشمندان نشان داده است که می‌توان با استفاده از خوانش امواج مغزی و تفسیر آن با هوش مصنوعی، تصاویری که فرد تصور می‌کند را به صورت مرحله مرحله در صفحه‌ی نمایشگر نمایش داد. .یکی از پژوهشگران این پروژه می‌گوید:متدهای قبلی ما نشان داد بودند تصاویری که مغز می‌سازد از پیکسل‌های کوچک یا اشکال بسیار ساده تشکیل شده‌اند و شکل کلی را تولید می‌کنند.اما تحقیقات اخیر ما بیانگر آن بود که مغز تصویر کلی از یک شئ را ساخته و سپس مرحله به مرحله آن را تکمیل کرده و ویژگی‌های ریزتر آن را در تصویر ساخته شده لحاظ می‌نماید.

در این پژوهش الگوهای امواج مغزی به مدت ده هفته به این دستگاه آموزش داده شدند.هرچند تصاویر به دست آمده زیاد واضح نبود اما برای اولین گام بسیار جالب توجه بودند.دسترسی به تکنولوژی که توانایی خواندن خاطرات را داشته باشد گامی بزرگ در پیشرفت های بشر به شمار می رود و ممکن است در آینده ای نه چندان دور به ما اجازه دهد تنها با فکر کردن به کلمات و شکل‌ها بتوانیم ماشین‌ها را کنترل کنیم و یا تصویر رویاهای خود را با دیگران به اشتراک بگذاریم!اگر شما بودید چه چیزی را با دیگران به اشتراک می‌گذاشتید؟

صعود از نردبان پیچیدگی!

تفاوت‌های کوچک ژنتیکی عامل اصلی گوناگونی انسان‌ها و رخداد بیماری‌هاست. برخلاف گذشته که محققان بیشتر در جست و جوی جهش‌های تک‌ژنی در میان گروه‌های جمعیتی دارای بیماری ژنتیکی مشترک بودند،امروزه GWASدر دریای میلیون‌ها گوناگوتی ژنتیکی غوطه ور شده تا الگوهایی ژنوتیپی را بیابد که با پیامدهای متفاوت فنوتیپی مطابقت دارند.

زمانی که ژن‌ها توالی یابی می‌شوند ترتیب پایه‌هایA، G،T،Cبه یک فایل دیجیتالی تبدیل می‌شود. مطالعاتGWASشامل یک الگوریتم کامپیوتری هستند که ژنوم گروه‌های بزرگ جمعیتی را اسکن کرده و هدفشان یافتن تغییرات ژنتیکی مرتبط با بیماری‌ها یا صفات ژنتیکی خاص است. هرچه بیشتر از بررسی اثر جهش تک ژنی بریک صفت ژنتیکی فاصله می‌گیریم و به سمت چگونگی پیدایش یک پیامد خاص بر اثر الگوی پیچیده‌ی ژن‌ها پیش می‌رویم احتمال یافتن رابطه‌ی علی و معلولی با استفاده‌ی تنها از مغز محدود انسان کمتر می‌شود به این معنا که امروزه قدرت گردآوری داده با ظرفیت درک این داده‌ها برابری نمی کند.درواقع مقدارزیادی داده‌ی خام داریم که هنوز فرصت و توان پردازش آن را پیدا نکرده ایم. تلاقی میان انقلاب ژنتیکی و بیوتکنولوژیکی از یک سو و انقلاب هوش مصنوعی و آنالیز کلان داده از سوی دیگر به ما این امکان را خواهد داد که بیش از پیش انبوه روزافزون داده‌های درون و بیرون از خود را درک کنیم.

 بررسی سلول‌های نرمال و سرطانی جمع آوری شده از واژن

در پزشکی، تشخیص زودهنگام سلول‌ سرطانی از سلول‌های سالم از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است و هرچه زمان این تشخیص سریع‌تر بوده و در مراحل اولیه‌ی بیماری باشد، ارزش بیشتری دارد زیراکه اجازه‌ی به کارگیری روش‌های درمانی متنوع تری را به پزشک می‌دهد.

برای این کار ابتدا از نمونه‌ی جمع آوری شده اسمیر تهیه شده و نمونه زیر میکروسکوپ مطالعه می‌شود. سلول‌های سرطانی شکل و شمایل و ویژگی‌های مورفولوژیکی متفاوتی با سلول‌های سالم دارند و یک پژوهشگر بیولوژی می‌تواند با گروه‌بندی این ویژگی‌ها، داده‌های لازم برای نوشتن یک الگوریتم مناسب تشخیص را دراختیار محقق هوش مصنوعی قرار ‌دهد. با طراحی یک سیستم هوش مصنوعی می‌توان به سرعت و با دقت بالا سلول‌های سرطانی شده را در نمونه‌ی فرد تشخیص داد.

بررسی سلول‌های بنیادی درحال رشد در محیط کشت

سلول بنیادی مادر همه‌ی سلول‌ها است و توانایی تبدیل به تمام سلول‌های بدن را دارد. این سلول‌ها توانایی خود‌نوسازی و تمایز به انواع سلول‌ها از جمله سلول‌های خونی، قلبی، عصبی و غضروفی را دارند. هم چنین در بازسازی و ترمیم بافت‌های مختلف بدن به‌دنبال آسیب و جراحت موثر بوده و می‌توانند به درون بافت‌های آسیب دیده‌ای که بخش عمده سلول‌های آنها از بین رفته است، پیوند زده‌شوند، جایگزین سلول‌های آسیب دیده شده و به ترمیم و رفع نقص در آن بافت بپردازند.این سلول ها از منایع جنینی یا بالغ قابل استخراج اند و امروزه نقش موثری در درمان بسیاری از بیماری‌ها پیدا کرده اند.

برای استفاده از این سلول‌ها ابتدا باید آنها را کشت داد. معمولا بعد از گذشت مدتی از کشت این سلول‌ها، تعدادی از آنها پیر شده و پتانسیل لازم برای ایجاد سلول های متنوع را از دست می دهند. شناسایی دقیق این سلول های پیر با چشم کار دشوار و پرخطایی است اما با استفاده از هوش مصنوعی می تواند به سادگی و در زمان بسیار اندک انجام شود.

هوش مصنوعی و ساخت پروتئین‌هایی با ساختار و عملکرد پروتئین‌های طبیعی!

پروتئین‌ها برای حیات سلول ضروری‌اند و وظایف پیچیده ای دارند. دانشمندان و مهندسان مدت‌هاست در پی ساخت پروتئین‌های مصنوعی هستند که بتوانند وظایف جدیدی همچون درمان بیماری‌ها،تولید انرژی و… را انجام دهند.اما پروسه‌ی ساخت این پروتئین ها بسیار پیچیده،کند و با درجه‌ی خطای بالاست. از این رو دانشمندان دانشگاه شیکاگو مدلی طراحی کردند که از داده‌های بسیاری برای ساخت پروتئین های جدید استفاده می کند.

با پیشرفت این مدل‌های ماشینی که پروتئین‌های مصنوعی را با استفاده از داده‌های ژنومی می‌سازد دانشمندان موفق شدند قوانین ساده ای برای ساخت پروتئین‌های پیچیده بیابند!.یکی از محققان این پروژه می‌گوید: ما دریافتیم داده‌های ژنومی سرشار از اطلاعاتی از قانون‌های ساده از ساختار و عملکرد پروتئین اند.می دانیم توالی آمینو اسیدها ساختار و عملکرد پروتئین را کنترل می کند دانشمندان با تحقیقات انجام شده توانسته اند ساختار پروتئین‌های طبیعی را مدل سازی کنند اما عموما این پروتئین ها از نظر عملکردی نا کارآمد بودند و اهمیت این پروژه ی اخیر این است که پروتئین‌های ساخته شده عملکرد طبیعی دارند!

از آنجایی که قوانین کشف شده بسیار ساده اند پروتئین های بسیاری توانایی ساخته شدن توسط این روش را دارند که هم از نظر ساختار و هم عملکرد مشابه پروتئین های طبیعی اند.این پژوهشگران یافته های خود را در تاریخ24جولای2020منتشر کرده اند.

کارگاه آشنایی با کاربردهای هوش مصنوعی در بیومدیکال ساینس

نویسنده : حسنا رحیمی نژاد