يقوم مختبر MIT-IBM Watson AI بتمويل 10 مشاريع بحثية تهدف إلى معالجة العواقب الصحية والاقتصادية للوباء.كيم مارتينو | السعي معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا للاستخباراتتاريخ النشر:19 مايو 2020
التسمية التوضيحية:خلايا الدم البيضاء هي من بين أول من يشن هجومًا على تعفن الدم ، وهو من المضاعفات المميتة لـ Covid-19. في مشروع بقيادة الأستاذة في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا دانييلا روس ، يعمل الباحثون على تطوير نظام التعلم الآلي لاكتشاف الاستجابة المناعية النشطة للإنتان والتي يمكن أن تؤدي إلى علاج مبكر أكثر قوة. هنا ، خلية دم بيضاء تهاجم الملاريا. الاعتمادات:الصورة مقدمة من معهد كوخ في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ومعهد راجون في MGH و MIT وهارفارد.
التسمية التوضيحية:في مشروع بقيادة الأستاذ المساعد في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا Rafael Gomez-Bombarelli ، سيمثل الباحثون الجزيئات في ثلاثة أبعاد لمعرفة ما إذا كانت المعلومات المكانية المضافة يمكن أن تساعد في تحديد الأدوية المعتمدة بالفعل والتي من المرجح أن تعمل ضد Covid-19. هنا ، تحلل شبكة عصبية عميقة الجزيئات الموجودة على اليسار وتتوقع ما إذا كانت ستضرب بروتين الفيروس التاجي على اليمين. الاعتمادات:بإذن من معمل رافائيل جوميز بومباريللي
الصورة السابقة الصورة التالية
يمكن للذكاء الاصطناعي أن يلعب دورًا حاسمًا في وقف جائحة Covid-19. لإعطاء دفعة للتكنولوجيا ، يقوم مختبر MIT-IBM Watson AI بتمويل 10 مشاريع في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا تهدف إلى تعزيز إمكانات الذكاء الاصطناعي التحويلية للمجتمع. سيستهدف البحث التحديات الفورية للصحة العامة والاقتصادية في هذه اللحظة. ولكن يمكن أن يكون لها تأثير دائم على كيفية تقييمنا للمخاطر والاستجابة لها لفترة طويلة بعد انتهاء الأزمة. يتم تسليط الضوء على مشاريع البحث العشرة أدناه.
الاكتشاف المبكر للإنتان لدى مرضى كوفيد -19
الإنتان هو اختلاط مميت لـ Covid-19 ، وهو المرض الناجم عن فيروس كورونا الجديد SARS-CoV-2. يصاب حوالي 10 في المائة من مرضى Covid-19 بالإنتان في غضون أسبوع من ظهور الأعراض ، لكن نصفهم فقط ينجو.
يمكن أن يؤدي تحديد المرضى المعرضين لخطر الإنتان إلى علاج مبكر أكثر قوة وفرصة أفضل للبقاء على قيد الحياة. يمكن أن يساعد الاكتشاف المبكر أيضًا المستشفيات في إعطاء الأولوية لموارد العناية المركزة لمرضاها الأكثر مرضًا. في مشروع بقيادة الأستاذة في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا دانييلا روس ، سيطور الباحثون نظامًا للتعلم الآلي لتحليل صور خلايا الدم البيضاء للمرضى بحثًا عن علامات على استجابة مناعية نشطة ضد الإنتان.
تصميم البروتينات لمنع SARS-CoV-2
البروتينات هي اللبنات الأساسية للحياة ، وباستخدام الذكاء الاصطناعي ، يمكن للباحثين استكشاف هياكلهم ومعالجتها لمعالجة المشاكل طويلة الأمد. خذ الطعام القابل للتلف: استخدم مختبر MIT-IBM Watson AI مؤخرًا الذكاء الاصطناعي لاكتشاف أن بروتين الحرير المصنوع من نحل العسل يمكن أن يتضاعف كغلاف للأطعمة سريعة التعفن لإطالة عمرها الافتراضي.
في مشروع ذي صلة بقيادة أساتذة معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا Benedetto Marelli و Markus Buehler ، سيقوم الباحثون بتجنيد طريقة طي البروتين المستخدمة في اكتشاف نحل العسل في محاولة لهزيمة فيروس كورونا الجديد. هدفهم هو تصميم بروتينات قادرة على منع الفيروس من الارتباط بالخلايا البشرية ، وتوليف واختبار إبداعاتهم البروتينية الفريدة في المختبر.
إنقاذ الأرواح أثناء إعادة تشغيل الاقتصاد الأمريكي
تعيد بعض الولايات فتح أبوابها للعمل حتى مع استمرار الأسئلة حول كيفية حماية الأشخاص الأكثر عرضة للإصابة بفيروس كورونا. في مشروع بقيادة أساتذة معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، دارون أسيموغلو ، سيمون جونسون وآسو أوزداجلار ، سيعرضون تأثيرات عمليات الإغلاق المستهدفة على الاقتصاد والصحة العامة.
في ورقة عمل حديثة شارك في تأليفها Acemoglu ، و Victor Chernozhukov ، و Ivan Werning ، و Michael Whinston ، حلل خبراء الاقتصاد في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا الخطر النسبي للعدوى ، والاستشفاء ، والوفاة لمختلف الفئات العمرية. عندما قارنوا سياسات الإغلاق الموحدة مع تلك التي تستهدف حماية كبار السن ، وجدوا أن النهج المستهدف يمكن أن ينقذ المزيد من الأرواح. بناءً على هذا العمل ، سينظر الباحثون في كيف يمكن لاختبارات المستضد وتطبيقات تتبع الاتصال أن تقلل من مخاطر الصحة العامة.
ما هي المواد التي تصنع أفضل أقنعة الوجه؟
أمرت ماساتشوستس وست ولايات أخرى السكان بارتداء أقنعة الوجه في الأماكن العامة للحد من انتشار فيروس كورونا. ولكن بصرف النظر عن قناع N95 المرغوب ، الذي يحبس 95 في المائة من الجسيمات المحمولة جواً 300 نانومتر أو أكبر ، تظل فعالية العديد من الأقنعة غير واضحة بسبب الافتقار إلى الأساليب الموحدة لتقييمها.
في مشروع بقيادة الأستاذة المشاركة في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ليديا بوروويبة ، يقوم الباحثون بتطوير مجموعة صارمة من الأساليب لقياس مدى جودة الأقنعة المنزلية والطبية في منع قطرات اللعاب والمخاط الصغيرة التي يتم طردها أثناء التنفس الطبيعي أو السعال أو العطس. سيقوم الباحثون باختبار المواد التي يتم ارتداؤها بمفردها ومجتمعًا ، وفي مجموعة متنوعة من التكوينات والظروف البيئية. ستحدد أساليبهم وقياساتهم مدى جودة حماية المواد لمرتدي الأقنعة والأشخاص من حولهم.
علاج كوفيد -19 بالأدوية المعاد استخدامها
مع ارتفاع حصيلة الوفيات العالمية لـ Covid-19 ، يتسابق الباحثون لإيجاد علاج بين الأدوية المعتمدة بالفعل. يمكن للتعلم الآلي تسريع عملية الفحص من خلال السماح للباحثين بالتنبؤ بسرعة ما إذا كان المرشحون الواعدون يمكنهم تحقيق هدفهم.
في مشروع بقيادة الأستاذ المساعد في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا رافائيل جوميز بومباريللي ، سيمثل الباحثون الجزيئات في ثلاثة أبعاد لمعرفة ما إذا كانت هذه المعلومات المكانية المضافة يمكن أن تساعد في تحديد الأدوية التي من المرجح أن تكون فعالة ضد المرض. سيستخدمون حواسيب أميس Ames التابعة لوكالة ناسا وحواسيب NSERC العملاقة التابعة لوزارة الطاقة الأمريكية لتسريع عملية الفحص.
نهج الخصوصية أولاً لتتبع جهات الاتصال الآلي
يمكن أن تساعد بيانات الهاتف الذكي في الحد من انتشار Covid-19 من خلال تحديد الأشخاص الذين اتصلوا بشخص مصاب بالفيروس ، وبالتالي قد يكونون قد أصيبوا بالعدوى بأنفسهم. لكن تتبع جهات الاتصال الآلي يحمل أيضًا مخاطر جسيمة على الخصوصية.
في تعاون مع معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا مختبر لينكولن وغيرهم، والباحثين MIT رونالد ريفست و دانييل فايتزنر سوف تستخدم تشفير البيانات بلوتوث لضمان الحصول على معلومات شخصية لا تزال مجهولة المصدر وآمنة.
التغلب على عقبات التصنيع والإمداد لتوفير الوصول العالمي إلى لقاح فيروس كورونا
سيكون لقاح ضد SARS-CoV-2 نقطة تحول حاسمة في مكافحة Covid-19. ومع ذلك ، فإن تأثيره المحتمل سيتحدد بالقدرة على التوزيع السريع والمنصف لمليارات الجرعات على مستوى العالم. هذا هو التحدي غير المسبوق في مجال التصنيع الحيوي.
في مشروع من قبل أساتذة معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا بقيادة انتوني Sinskey و ستايسي الينابيع ، وسوف يقوم الباحثون بناء النماذج الإحصائية المبنية على البيانات لتقييم المفاضلات في التوسع في تصنيع وتوريد لقاحات مرشحة. تتضمن الأسئلة مقدار الطاقة الإنتاجية التي يجب إضافتها ، وتأثير العمليات المركزية مقابل العمليات الموزعة ، وكيفية تصميم استراتيجيات التوزيع العادل للقاح. والهدف من ذلك هو إعطاء صانعي القرار الأدلة اللازمة لتحقيق الوصول العالمي على نحو فعال من حيث التكلفة.
الاستفادة من السجلات الطبية الإلكترونية لإيجاد علاج لـ Covid-19
تم تطوير عقار Remdesivir المضاد للفيروسات كعلاج للإيبولا ، وهو الآن قيد التجارب السريرية في الولايات المتحدة كعلاج لـ Covid-19. تبذل جهود مماثلة لإعادة توظيف الأدوية المعتمدة بالفعل لعلاج المرض أو الوقاية منه.
في مشروع بقيادة أساتذة معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا Roy Welsch و Stan Finkelstein ، سيستخدم الباحثون الإحصائيات والتعلم الآلي ومحاكاة تجارب الأدوية السريرية للعثور على الأدوية المعتمدة بالفعل واختبارها كعلاجات محتملة ضد Covid-19. سيقوم الباحثون بفحص ملايين السجلات الصحية الإلكترونية والمطالبات الطبية بحثًا عن إشارات تشير إلى أن الأدوية المستخدمة لمكافحة الأمراض المزمنة مثل ارتفاع ضغط الدم والسكري وتدفق المعدة قد تعمل أيضًا ضد Covid-19 وأمراض أخرى.
إيجاد طرق أفضل لعلاج مرضى Covid-19 باستخدام أجهزة التنفس الصناعي
يعد التنفس المضطرب من متلازمة الضائقة التنفسية الحادة أحد المضاعفات التي تنقل مرضى كوفيد -19 إلى وحدة العناية المركزة. هناك ، تساعد الأجهزة المنقذة للحياة المرضى على التنفس عن طريق ضخ الأكسجين ميكانيكيًا إلى الرئتين. ولكن حتى في الوقت الذي تخفض فيه البلدات والمدن من عدوى Covid-19 من خلال التباعد الاجتماعي ، لا يزال هناك نقص وطني في أجهزة التنفس الصناعي ومخاطر صحية خطيرة للتهوية نفسها.
بالتعاون مع الباحثين في شركة IBM Zach Shahn و Daby Sow ، سيقوم الباحثان في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا Li-Wei Lehman و Roger Mark بتطوير أداة ذكاء اصطناعي لمساعدة الأطباء في العثور على إعدادات أفضل لجهاز التنفس الصناعي لمرضى Covid-19 وتحديد مدة الاحتفاظ بها على الجهاز. يمكن أن يحد استخدام جهاز التنفس الصناعي القصير من تلف الرئة بينما يحرر الآلات للآخرين. لبناء نماذجهم ، سيعتمد الباحثون على بيانات من مرضى العناية المركزة المصابين بمتلازمة الضائقة التنفسية الحادة ، بالإضافة إلى مرضى كوفيد -19 في مستشفى محلي في بوسطن.
العودة إلى الوضع الطبيعي من خلال عمليات الإغلاق المستهدفة والعلاجات الشخصية والاختبارات الجماعية
في غضون أشهر قليلة ، دمر Covid-19 البلدات والمدن في جميع أنحاء العالم. يقوم الباحثون الآن بتجميع البيانات معًا لفهم كيف يمكن للسياسات الحكومية أن تحد من الإصابات والوفيات الجديدة وكيف يمكن للسياسات المستهدفة أن تحمي الفئات الأكثر ضعفًا.
في مشروع يقوده البروفيسور ديميتريس بيرتيماس في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، سيدرس الباحثون آثار عمليات الإغلاق والتدابير الأخرى التي تهدف إلى تقليل الإصابات والوفيات الجديدة ومنع نظام الرعاية الصحية من الانغماس. في المرحلة الثانية من المشروع ، سيقومون بتطوير نماذج التعلم الآلي للتنبؤ بمدى تعرض مريض معين لـ Covid-19 ، وما هي العلاجات الشخصية التي قد تكون أكثر فاعلية. سيطورون أيضًا اختبارًا غير مكلف يعتمد على التحليل الطيفي لـ Covid-19 يمكن أن يحقق النتائج في دقائق ويمهد الطريق للاختبار الشامل. سيعتمد المشروع على البيانات السريرية من أربعة مستشفيات في الولايات المتحدة وأوروبا ، بما في ذلك مستشفى Codogno ، الذي أبلغ عن أول إصابة في إيطاليا.
