微軟：十年內將攻克癌症，通過機器學習與DNA編碼

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癌症的發生就是一個計算問題。這並非類比，而是具有深刻的數學洞見 -- 生物和計算看似截然不同卻有本質的聯繫。因此利用DNA製作分子計算機置於體內，實時監測和編輯癌細胞。一旦發現，就立即重啟系統並將其清除。這可能是一項長期的工作，但單就技術層面而言，五至十年研發出這樣的生物計算機是可行的。

微軟近日放出豪言，十年內將以開拓性計算機科學技術攻克癌症難題。

這項計劃蘊含諸多雄心勃勃的工程，最值得關注的當屬研發多個微型DNA計算機，使其存活於人體內，實時監測癌細胞。一旦癌細胞出現，就會將其重新編碼從而還原健康狀態。

微軟研究院實驗室主任Chris Bishop認為微軟關註解決癌症問題是件很自然的事兒，因為微軟在計算機科學方面擁有海量的專業知識，而癌症的發生就是一個計算問題。這並非類比，而是具有深刻的數學洞見 -- 生物和計算看似截然不同卻有本質的聯繫。

Chris Bishop

微軟幾乎從不涉足消費電子產品以外的領域，但為了實現這個目標，這個世界科技巨頭集聚了一批國際知名的生物學家、程序員及工程師，組成跨領域科研團隊，致力於癌症研究。今年夏天微軟就啟動了第一家濕實驗室，將用於檢驗科學家們勾勒出的細胞網路內部運行圖成果。

微軟濕實驗室

目前對於這項工作的細節依然知之甚少，所知的是其中一團隊擬採用機器學習和計算機視覺技術。計算機從影像資料中獲取信息，使得放射科專家能夠更好地了解特定病人腫瘤的發展情況。這將開啟一種更加精細的個性化給葯模式。另一團隊則正致力於用演算法預測不同腫瘤的發展路徑。

最激動人心的當然是所謂登月計劃(moonshot)：利用DNA製作分子計算機置於體內，實時監測和編輯癌細胞。這種生物計算機一旦發現癌變細胞，就會立即重啟系統並將其清除。計算團隊負責人Andrew Philips表示這可能是一項長期的工作，但單就技術層面而言，五至十年研發出這樣的生物計算機是可行的。

Andrew Philips

微軟的編程原理與工具團隊已研發出一款模擬細胞健康狀態的軟體，可與病變細胞比對，找出癥結所在並探究如何修復。其實生物模型分析器軟體已被用於白血病研究。

微軟認為，儘管不同團隊研究途徑有所差異，但所有項目都遵循兩種相近的計算機科學方法：信息處理和機器學習。

癌症發展及其他生物進程都是一種信息處理系統。基於這樣的想法，運用編程語言、編譯器、模型檢測等工具模擬和推演普通計算過程同樣適用於生物進程的模擬和推演。

研究團隊認為機器學習能夠使研究者在尋求新的治療方法時，更好地分析數百萬生物數據。目前，這一分析過程仍然由人力完成，而機器學習將超乎想像、前所未有地加快分析速度。

「面對癌症治療，我們正在經歷一場變革。十年前人們認為治療就是治療受損組織：你得了腦癌就應該治療腦癌，得了肺癌就治療肺癌」，微軟基因組學團隊主任David Heckerman在一次發布會上講到，「現在我們知道了，研究癌症基因組學，例如基因是怎樣在基因組變壞了，同樣重要。」

一項快速繪製腫瘤形狀大小的創新技術將為接受放療的患者帶來福音，治療時間可從幾小時縮短至幾分鐘。

目前，放射科專家需要掃描腫瘤後費力地手繪腫瘤的多角度輪廓，以此製作3D圖形，從而確定治療方案。這一過程將花費4小時。同時他們還需勾勒出腫瘤旁邊的重要器官，保證它們免於放射衝擊波的影響。

然而，微軟工程師們研發的程序能在幾分鐘內繪出腫瘤圖形，意味著治療可即刻進行。這個程序還能夠顯示每次的治療效果，因此可根據腫瘤的變化改變用藥劑量。此外，該程序系統可逐像素評估3D掃描圖，精確判斷腫瘤是變大、縮小還是形狀改變了；可提供組織密度等信息，從而更好地判斷是囊腫還是腫瘤；還可精密分析腫瘤周邊細胞的健康狀態。

經驗豐富的放射科專家可通過乳房X射線影像半秒內判斷乳腺癌的微妙徵兆

也許，肉眼診斷是判定腫瘤與否的不錯方法，然而手繪腫瘤形狀圖並不會那麼精確。要想準確精密地評估腫瘤的全面狀態，肉眼幾乎不可能完成。

很多微軟研究者對於在十年內解決癌症問題充滿信心。

「如果我們能夠控制和調節癌症，使它變得如普通慢性疾病一樣，那麼這個難題就解決了」，高級研究員Jasmin Fisher談到。她認為有些癌症的解決五年時間就差不多了，其他的十年之內肯定沒有問題。我們將會迎來一個無癌新世紀。Fisher展望了一個美好未來：每天清晨醒來查收電子郵件的同時，我們能查到自己的基因數據、脈搏、睡眠模式以及運動量，等等。這些數據將儲存於計算機內，通過軟體模擬身體運行的基本過程，比對正常狀態下的身體數據，當異常情況出現時發出警示。

Jasmin Fisher

研究者的想法正確與否，交由時間去評說。不過，讓我們共同祈禱這一新的研究帶來可喜的成果。

參考資料：

http://www.telegraph.co.uk/science/2016/09/20/microsoft-will-solve-cancer-within-10-years-by-reprogramming-dis/

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