神機妙「算」:從可穿戴設備治療帕金森氏症說起-虎嗅網

2020-11-26 虎嗅APP

鄧小平、阿道夫・希特勒、穆罕默德・阿里、薩爾瓦多・達利、凱薩琳・赫本、道格拉斯・麥克阿瑟,這些名人雖然來自政界、軍界、體壇和藝術圈,從事不同的領域,但他們有一個共同點——全都是帕金森氏症患者。


帕金森氏症(Parkinson's Disease)是一種慢性的中樞神經系統退化性失調,它會損害患者的動作技能、語言能力以及其他功能。1817年,英國醫師詹姆斯・帕金森在一篇名為《震顫麻痺論文》的論文(Essay on the Shaking Palsy)中描述了該病症的症狀:行動遲緩、肌肉僵直、四肢顫抖、步伐拖曳、憂鬱及痴呆等。這也是帕金森氏症名稱的又來。


目前,帕金森氏症已經成為最常見的神經退行性疾病之一。流行病學顯示,患病率為15~328/10萬人口,>55歲人群約1%;發病率為10~21/10萬人口/年。儘管1817年已經被發現,但是目前該病的病因仍舊不明。


你很難想像,人類在二十世紀完成了登月,利用核能,發明了計算機等等這一系列壯舉之後,仍舊有一個19世紀初被發現的不治之症。不過先不要這麼悲觀,科技的進步並非轉瞬之間就可以完成,愛因斯坦曾經說:「一個問題的解決方案往往在與之相鄰的更高層面上。」近一個世紀,計算科學幾乎在不同程度上推動了所有科學研究領域的進展。電腦和信息科技成功地扮演了研究工具的角色,醫學研究也毫不例外。


就在上個月 13 日,麥可·J·福克斯帕金森氏症研究基金會(MJFF)和IT巨頭英特爾公司宣布了一項合作,利用全新的大數據分析平臺進行多階段研究。該平臺利用可穿戴技術監測患者症狀,並用收集得來的數據探索相關模型。


這次合作有一個值得關注的地方,那就是可穿戴技術的應用。通過可穿戴設備,病人的症狀能夠被全天候檢測,這在之前是無法實現的。更重要的是,收集之後的實時數據能夠通過後臺的計算和分析,深入分析帕金森症,這就能幫助研究人員和醫生們在衡量病症進展方面邁出重要一步,從而加快藥物研發進程。


用於搜集數據的可穿戴設備 「端」,再加上負責計算分析的「雲」平臺,這就是信息技術最典型也最有威力的一種計算模式:「雲+端」。


除了帕金森氏症,「雲+端」模式在醫學研究領域最受關注的案例應該要算基因監測。這都要拜蘋果公司聯合創始人史蒂夫・賈伯斯和好萊塢女影星安吉麗娜・朱梨所賜。賈伯斯在患癌時,就曾對自己的腫瘤及全基因譜進行了測序,費用為10萬美金。安吉麗娜・朱莉高調曾在接受媒體採訪時透露,自己通過基因檢測選擇了切除乳腺手術,將患乳腺癌風險從87%降到了5%。


毫無疑問,強大的明星效應讓全球各地很多人摩拳擦掌要去做基因檢測。2010年,「DNA之父」詹姆斯・沃森曾表示,基因譜測序將決定在未來人們可以根據不同的基因疾病,量身定做不同的藥物,並在10年內,控制住一些主要的癌症,並在2020年攻克癌症。


看起來,雖然賈伯斯的10萬美元貌似是白花了,但是基因檢測技術總體來看還是很有效果,前景很光明的。不過困擾基因檢測技術發展的一個問題,卻是其海量、複雜、多變的數據計算需求。而作為中國首屈一指且世界知名的基因研究機構——華大基因,其藉助高性能計算優勢在基因測序相關研究及應用上作出了令人矚目的成績。


「每個人約有1萬億個細胞,每個細胞裡面都有23對染色體,這些染色體中包含的DNA由ATCG不同鹼基序列構成,數量共計達30億,這些基因序列就是破解人類遺傳信息奧秘的鑰匙」據華大基因高性能計算研發主管王丙強博士這樣說道,「測序技術發展很快,1999年成立的時候我們只有幾臺測序儀,現在各種各樣的加在一起超過150臺了,原來只有幾臺測序儀的時候我們可能有幾臺工作站就能把數據處理掉了。現在這麼多,像我們的通量是非常可觀的,滿負荷運轉一天就是十幾TB的數據,這樣需要很多計算處理能力。」


華大基因建立了基於高性能計算的大規模測序、生物信息、克隆、健康、農業基因組等技術平臺,其測序能力及生物信息分析能力世界領先,並在Nature和Science等國際一流的學術雜誌上發表百餘篇學術論文,奠定了中國基因組科學在國際上的領先地位。


面對複雜的基因測序數據處理,華大基因在搭建高性能計算平臺時不斷嘗試新的技術和方法,既要擁有高性能的計算能力,又要考慮其經濟效益,並結合未來在相關研究的發展,經過多番考量和研究,華大基因最終選擇了與英特爾聯手啟動關於至強融核協處理器在生命科學領域的應用項目。


至強融核協處理器(Xeon Phi)是英特爾面向高度並行的高性能計算(HPC)應用所推出的協處理器,能夠提供多達 61個內核、244個線程和 1.2萬億次浮點運算性能,此外其餘英特爾至強處理器架構使用同樣的程式語言、並行模式、技術和開發人員工具,具有遷移便捷編程可移植等優勢。


王丙強博士介紹,在臨床應用方面藉助英特爾的產品技術,計算效率能大大提高,以測序為例,以前傳統的方式最起碼需要幾個星期時間,而現在8個小時就可以完成,因此能在醫療上帶來很大的改善。


如果說帕金森氏症研究基金會與英特爾合作,採用「雲+端」模式用可穿戴設備實時分析症狀,實現了病人「隨時隨地被醫生診斷」的話,那麼華大基因的基因檢測則是用 「雲+端」模式的高性能計算優勢對所有病人進行一次性的檢查。


正如前文所述,計算科學的進步推動了其他研究領域的進展。其實依靠的就是方便、可靠的計算設備,速度更快、成本更低廉。這背後離不開像英特爾這樣IT領軍者的支持。

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    據悉,喬治亞州大學醫學研究人員發現,帕金森氏症處方藥物Rasagaline或可治療不寧腿症候群(Restless legs syndrome, RLS),且沒有現有治療藥物的副作用。RLS主要表現為雙下肢的刺痛感覺異常以及強迫性動腿,休息時症狀更為明顯。而且能夠導致抑鬱症、白天嗜睡。研究表明,多巴胺失衡可能是RLS的病因。
  • 化療中使用的強效藥物可減輕帕金森氏症患者的幻覺
    赴美治療服務機構和生元國際了解到,一項世界首例雙盲臨床試驗將調查一種用於治療化療患者噁心的強效藥物是否能緩解帕金森氏症患者的幻覺。 英國帕金森病研究中心主任亞瑟·羅奇博士說: 「對於那些在家裡幻覺惡化的帕金森患者來說,找到更好的治療方法是至關重要的,而昂丹西酮給他們和他們的家人帶來了希望。」如果試驗成功,這種已經在英國國家醫療服務體系中使用的藥物將很快被用於治療帕金森氏症。
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  • 基因療法治療帕金森氏症再添新研究:抑制PTB可促進神經元生成,替換損傷細胞
    ,這一發現可應用於帕金森氏病治療。目前還沒有可以完全治癒帕金森氏症的療法,大多數治療方法是通過藥物和手術治療緩解病情。USCD 研究人員認為一種潛在的療法是替換損傷或死亡的神經元,重建患者被破壞的神經網絡。
  • 帕金森氏症早期症狀有什麼?如何治療效果好?
    帕金森氏症其實就是人們平時所說的帕金森病變,該疾病在出現之後,即便發展到晚期,本身也不會直接威脅到患者的生命安全,僅僅是在患者長期處於臥床狀態之後所引發的一系列的併發症或是感染方面的問題,可能會影響到患者的壽命。
  • 日本首次用iPS細胞治療帕金森氏症—新聞—科學網
  • 帕金森氏症可能是腸道微生物「惹的禍」
    這一發現可能帶來全新的帕金森氏症治療策略。  美國加州理工學院的研究人員先培育出了兩組過多生成阿爾法-突觸核蛋白的實驗鼠,這種蛋白被認為是帕金森氏症的「罪魁禍首」之一。兩組實驗鼠的唯一區別是一組擁有完整的腸道菌群,另一組是無菌實驗鼠。
  • 十大症狀辨別帕金森氏症,生活飲食與復健改善生活
    檢驗報告出爐後,醫生診斷出王伯伯是患了帕金森氏症。「帕金森氏症?那是什麼?他身體狀況一向良好,怎會突然得病呢?」王阿姨不解。1為什麼會出現帕金森氏症?我們先來了解一個叫做「黑質」的區塊。多數帕金森氏症患者在50歲以後發作,平均年齡是60歲,40歲以前發病的稱為早髮型帕金森氏症,較為少見。另外,男性比女性患病的機會稍高一點。
  • 帕金森氏症機制之新見解
    帕金森病,以前也被稱為搖晃麻痺,是影響運動和神經系統的最常見的疾病之一。目前,全球約有410萬人患有帕金森氏症,僅在德國就有30多萬人受到影響。這種疾病的典型症狀是緩慢的運動,僵硬,頻繁的搖晃和逐漸駝背。其原因是大腦中神經細胞的持續死亡,這些中樞神經細胞產生信使物質多巴胺。科學家們正在努力研究導致產生多巴胺的神經細胞損失的機制。
  • 原來帕金森氏症不是一種疾病,而是兩種
    近日《Brain》上發表了一項重大研究:帕金森氏症其實是兩種疾病,根據α-突觸核蛋白聚集體的不同起源,可以分為腦優先型(自上而下)和身體優先型(自下而上)。帕金森氏症的特徵是存在異常的神經內α-突觸核蛋白聚集體,它可能以一種類似朊病毒的方式在細胞間傳播。
  • 帕金森症可提前被人工智慧技術精準預測
    在《自然科學報告》雜誌上發表的一篇論文中,IBM、輝瑞等公司的一項合作研究通過使用人工智慧分析人類運動障礙增加時的身體活動數據,在評估帕金森氏症嚴重程度方面取得了新的進展。該研究模型可以精確地指出一個人的帕金森氏症發展到什麼程度。
  • 帕金森症可以治癒嗎
    帕金森氏病一直是老年人關注的疾病,因為帕金森氏症的主要患者人群是老年患者。具有各種身體機能的老年人衰弱,更容易患疾病。因此,老年人應多注意預防疾病。許多人關心帕金森症是否可以治癒。讓我們看一下下面的文章。
  • 割了患帕金森氏症風險變高
    帕金森氏症是無法治癒的神經系統疾病,全球患者逾1000萬;美國每年約30萬人割除盲腸,最新研究表明,其中近2800人可能罹患帕金森氏症。研究人員分析了6220萬人的資料,發現其中48萬8190人割除了盲腸;而割除者中的4470人後來患上帕金森氏症,比重近1%;但在沒有割除盲腸的6170萬人中,罹患帕金森氏症的比重僅為0.29%。
  • Nature:線粒體自噬對帕金森氏症的影響
    影響在受損線粒體的清除(線粒體自噬)中所涉及的兩種酶(泛素連接酶parkin和蛋白激酶PINK1)的「功能喪失突變」與家族性帕金森氏症有關。這項研究表明,USP30 (一種局限於線粒體的去泛素酶)通過去除由parkin放置的泛素標籤來對抗線粒體自噬。
  • 類Google Glass嗅覺刺激設備或能成為一種失智症療法
    據外媒報導,一種新型的可穿戴設備被提出,它可以發送電脈衝來刺激嗅覺系統以此作為一種預防或減緩失智症相關神經退化的方法。嗅覺功能失調被懷疑是阿爾茨海默氏症和帕金森氏症的早期症狀之一,因此研究人員猜測這些疾病可以通過刺激嗅覺來預防。
  • 嗅覺失靈動作變慢快去篩查帕金森病,帕金森病的症狀及治療關鍵點
    帕金森氏病藥物帕金森氏症處方藥包括:增加大腦中多巴胺水平的藥物影響體內其他大腦化學物質的藥物有助於控制非運動症狀的藥物帕金森氏症的主要療法是左旋多巴,也稱為左旋多巴。神經細胞使用左旋多巴製造多巴胺,以補充大腦日益減少的供應。通常,人們將左旋多巴與另一種稱為卡比多巴的藥物一起服用。
  • 【匈牙利科學家發現新的神經元功能】將有望對抗帕金森氏症等慢性神經疾病
    據匈牙利科學院消息稱,近日在匈牙利國家腦研究項目中,通過匈牙利森梅威思大學(Semmelweis University)和維也納醫科大學腦研究中心的科學家們共同努力,發現了新的神經元功能,已證明可以有望對抗帕金森氏症
  • 若身體出現這4個變化,很有可能是帕金森氏症找上門了,要注意
    現在很多中老年人患上了一些神經系統疾病,比如說常見的就有帕金森,很多人患上帕金森之後就能出現手抖面癱的症狀,而且這類人群的狀況也比較明顯,只要對這個病症稍微有了解的人一眼就能看出,若身體出現這4個變化,很有可能是帕金森氏症找上門了,要注意。
  • 再生腦細胞 或可治帕金森症
    (原標題:再生腦細胞 或可治帕金森症)
  • 谷歌正在研發會釋放能量脈衝治療癌症的手環-虎嗅網
    這樣一來,你佩戴的智能穿戴設備可能會比你自己先知道你生了病。  智能手環如何消滅血液中的癌細胞?根據谷歌提交的專利描述,這項專利名稱中提到名為「奈米粒子遊移」(Nanoparticle Phoresis)技術。