當(dāng)AI邂逅生命健康 華為云為他們搭建三座橋

2020年11月，AlphaFold2在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測大賽CASP 14中大顯身手，將AI+生命健康的全球熱度推到了新的高峰。事實上，早在此之前AI賦能大健康、醫(yī)療、制藥等領(lǐng)域就是廣受關(guān)注的話題。尤其是AI與新藥開發(fā)的結(jié)合，可謂被產(chǎn)學(xué)各界寄予著最高期待。

然而在一些偶然的高光表現(xiàn)與宏大的未來展望之外，AI賦能生命科學(xué)是一條步履維艱的探索之路?？鐚W(xué)科的難度，技術(shù)難以落地的挑戰(zhàn)，成本高企與重復(fù)建設(shè)問題嚴重等等難題困擾著這個被寄予厚望的方向。我們可能會好奇，在鏡頭之外，現(xiàn)實之中，真正的AI賦能生命健康產(chǎn)業(yè)正在經(jīng)歷什么？推動這個產(chǎn)業(yè)方向前進發(fā)展的動力是什么？

在一場“含智量”超高的峰會上，我們找到了一些答案。

7月22日，第三屆華為云AI院長峰會在貴安召開。這場峰會會聚了多位中國工程院院士、中國科學(xué)院院士，以及來自國內(nèi)近30所頂尖高校的60余名院長、教授、專家。期間，中國AI產(chǎn)學(xué)各界的頂尖專家、學(xué)者共同談?wù)摿?a href="http://ttokpm.com/soft/data/42-102/" target="_blank">AI技術(shù)發(fā)展的新趨勢與新挑戰(zhàn)。有趣的是，我們注意到峰會中被提及與關(guān)切最多的方向就是AI與生命健康的結(jié)合。這似乎是在以往AI峰會中很少見到的。

借助這個機會，我們了解并整理了華為云在AI賦能生命健康領(lǐng)域的一系列成果?？偨Y(jié)起來，我們可以將華為云的努力理解為“三座橋”。

一邊是AI技術(shù)的無盡想象力，一邊是生命健康的偉大與莊重。華為云用這三座橋，聯(lián)接起了兩個無比重要的領(lǐng)域。

他們嘗試在產(chǎn)學(xué)各界的沃土中，種下一顆AI果，期待著在云端長出生命的希望。

AI與生命健康，可能是21世紀最偉大的相遇

21世紀被認為是生物與生命科學(xué)的世紀，越來越多的新技術(shù)、新研究方法將在這個世紀匯聚到生命科學(xué)與健康產(chǎn)業(yè)中來，從而改變?nèi)祟悓辜膊。嵘】邓降倪^往范式。

其中，AI與生命健康的相遇，可能是最具想象力與可行性的一種。從基礎(chǔ)邏輯上來看，這是因為醫(yī)學(xué)研究具有大量不同類型的數(shù)據(jù)，非常適合AI進行學(xué)習(xí)與分析。而相關(guān)研究中同時又有大量需要人工重復(fù)性勞動來解決的問題，非常適合用AI來進行替代。

此外，AI技術(shù)可以在短時間內(nèi)合成靶向藥物，從而將藥物篩選的過程大幅縮短，研發(fā)綜合成本也隨之降低。醫(yī)藥界有著公認的“雙十定律”——一款創(chuàng)新藥從研發(fā)到上市，平均成本超過10億美元、研發(fā)周期大于10年。AI的加入有望幫助打破該定律。無論從尋找靶向線索，提升新藥篩選效率，提升開發(fā)成功率，還是降低綜合成本等角度看，AI都帶來了巨大的想象空間。這堪稱是一個人類必須嘗試和探索的方向。

然而在現(xiàn)實中，生命健康領(lǐng)域與AI領(lǐng)域是基本不相交匯的兩個學(xué)科。AI賦能生命健康，面對著缺乏數(shù)據(jù)支撐，場景落地困難，基礎(chǔ)設(shè)施薄弱，學(xué)科研究體系互不理解等等問題。客觀來說，AI賦能生命健康還遠未到開花結(jié)果時。尤其在藥物研發(fā)等領(lǐng)域，我們可能還需要等待5到10年來久久為功。

在目前這個階段，我們還不能從AI與生命健康的相遇中完成豐收，而是需要耕種，需要堅持不懈地灌溉與栽培。需要面臨一個問題解決一個問題，遇到一個挑戰(zhàn)就攻克一個挑戰(zhàn)。

面向橫亙在AI與生命健康之間的湍急河水，華為云扮演起了修橋人。

第一座橋，沉淀：打造醫(yī)療智能體，凝聚共性平臺

AI賦能生命健康并不缺少方向和案例。事實上，我們可以在兩者之間看到無數(shù)的跨領(lǐng)域機會點，畢竟生命面前從無小事。然而問題也隨之而來，大量AI賦能生命健康相關(guān)項目的啟動，導(dǎo)致社會投資過于分散，大量資源被消耗在重復(fù)性建設(shè)當(dāng)中。很多相關(guān)探索都以案例、合作的方式呈現(xiàn)，最終結(jié)果卻很難沉淀下來惠及更廣泛層面。

為了解決這個問題，讓AI賦能生命健康的投入與研發(fā)能夠被長期利用，就需要有平臺將相關(guān)技術(shù)結(jié)果沉淀下來，形成共性平臺。這也就是華為云正在嘗試搭建的第一座橋：以醫(yī)療智能體（Enterprise Intelligence for Healthcare）EIHealth，沉淀AI+生命健康的海量技術(shù)成果。

目前，AI賦能健康主要體現(xiàn)在疾病基因早期篩查、疾病輔助診療、藥物研發(fā)等環(huán)節(jié)。華為云醫(yī)療智能體EIHealth是基于華為云AI和大數(shù)據(jù)的技術(shù)優(yōu)勢，面向醫(yī)療行業(yè)提供的全棧、開放、專業(yè)的企業(yè)級AI研發(fā)平臺，支撐企業(yè)AI的研發(fā)、轉(zhuǎn)化和應(yīng)用。在一些關(guān)鍵領(lǐng)域，華為云醫(yī)療智能體EIHealth已經(jīng)實現(xiàn)了平臺化集成，面向企業(yè)提供大量相關(guān)AI模型算法與資源。比如基因組引擎、藥物研發(fā)引擎、臨床研究引擎等等。與此同時，華為云醫(yī)療智能體EIHealth還與來自高校、企業(yè)的伙伴攜手進行多個領(lǐng)域的探索，在“基因組分析”“細胞測序”“藥物篩選”“蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測”“疾病知識圖譜”等方面獲得成功經(jīng)驗。這些實踐經(jīng)驗也可以幫助更大企業(yè)進行醫(yī)療AI的產(chǎn)業(yè)化落地。

平臺化的技術(shù)集成與經(jīng)驗?zāi)芰Τ恋恚梢杂行椭嗥髽I(yè)與學(xué)術(shù)機構(gòu)，在探索相關(guān)領(lǐng)域時規(guī)避重復(fù)建設(shè)，降低綜合成本與失敗率。也可以幫助企業(yè)更準確找到同類經(jīng)驗與專家知識，使很多項目可以在平臺化技術(shù)與經(jīng)驗集成的幫助下得以實現(xiàn)。

此外，AI+生命健康不僅包括重研究向的藥物研發(fā)、基因測序等工作，還直接面向臨床實踐，可以將優(yōu)秀醫(yī)生的經(jīng)驗通過AI帶到更廣泛的基層地區(qū)。所以華為云醫(yī)療智能體EIHealth還集成著提升基層醫(yī)療水平，直接提升社會醫(yī)療能力的作用與價值。

自信息革命以來，技術(shù)平臺化已經(jīng)成為所有技術(shù)發(fā)展到一定程度的必經(jīng)階段。對于AI+生命健康來說，平臺化、集成化的技術(shù)沉淀在今天并不容易。但無論如何，我們也需要走出這一步，這是讓更多力量、人才、資源參與到這場偉大變革的先決條件。

第二座橋，打通：大模型賦能藥物研發(fā)之路

或許可以這樣說，新藥研發(fā)是生命健康產(chǎn)業(yè)頂端的皇冠；而大模型，是如今AI產(chǎn)業(yè)中熠熠生輝的明珠。二者相遇，是產(chǎn)學(xué)各界共同期盼的盛事。

從基礎(chǔ)技術(shù)邏輯上看，大模型賦能新藥研發(fā)是一件具有廣泛可行性的工程。新藥研發(fā)中藥物篩選、靶向?qū)ふ业犬a(chǎn)業(yè)需求的特點就是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、數(shù)據(jù)量巨大、對算法魯棒性要求苛刻，而這些都是大模型的能力優(yōu)勢所在。但在現(xiàn)實中，大模型賦能新藥研發(fā)之路卻并不容易。一方面新藥研發(fā)過程中環(huán)節(jié)眾多，流程復(fù)雜，如何體系化完成大模型的貫通與落地是一件前所未有的工作，加之藥物研發(fā)機構(gòu)和企業(yè)能提供的數(shù)據(jù)往往并不充沛，一系列因素限制了大模型的落地。另一方面，AI企業(yè)與藥企合作時往往需要單獨開發(fā)模型，進行定制化合作，這導(dǎo)致了很多大模型相關(guān)工作陷入重復(fù)開發(fā)，并且合作往往需要巨大的專家資源投入，可復(fù)制水平較低。

為了解決這一系列問題，華為云率先推出了盤古輔助藥物設(shè)計服務(wù)（Pangu Aidded Drug Design），創(chuàng)造性地打通了大模型落地新藥開發(fā)之路，并且對相關(guān)能力進行了服務(wù)化的集成與沉淀。在盤古輔助藥物設(shè)計服務(wù)的幫助下，藥企與相關(guān)醫(yī)療機構(gòu)可以加速早期藥物研發(fā)進程，使得早期藥物研發(fā)的周期從數(shù)年級縮短到月級，大幅縮短研發(fā)時間，并且相較于傳統(tǒng)的方法將成本降低70％。

在這背后，是華為云聯(lián)合中科院上海藥物研究所提出了針對化合物表征的全新深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，學(xué)習(xí)了17億個小分子化合物的特性，進而生成了新一億小分子。憑借一個統(tǒng)一的預(yù)訓(xùn)練大模型，打通藥物研發(fā)的各個環(huán)節(jié)，加速建模效率，提升泛化效率，做到了一個大模型覆蓋蛋白化合物的結(jié)合預(yù)測，化合物與屬性預(yù)測，化合物優(yōu)化與生成全鏈條的藥物研發(fā)工作。從而實現(xiàn)大模型真正理解藥物研發(fā)的結(jié)構(gòu)、流程與具體需求，而不是僅僅以工具化的形式浮于藥物研發(fā)工作的表層。

目前，盤古輔助藥物設(shè)計已經(jīng)正式商用上線，并于2022年獲得了iF產(chǎn)品設(shè)計獎。盤古輔助藥物設(shè)計服務(wù)已經(jīng)開始加速制藥公司的藥物研發(fā)創(chuàng)新。借助強大的AI算力和創(chuàng)新體驗的設(shè)計，盤古藥物分子大模型可以幫助科研人員在拓展知識邊界，降低科研人員的多種工作負擔(dān)。

大模型與新藥研發(fā)的結(jié)合，可謂是AI賦能生命科學(xué)無數(shù)議題中最令人激動的一項。華為云搭建的第二座橋，打通了大模型與藥物研發(fā)的產(chǎn)業(yè)界限，讓二者真正實現(xiàn)全流程融合。藥物研發(fā)能力決定著未來人類健康水平的上限。我們期待著，大模型成為真正的“藥神”。

第三座橋，破障：消弭通產(chǎn)學(xué)研界限，構(gòu)筑研發(fā)新范式

在第三屆華為云AI院長峰會中，中國科學(xué)院院士、清華大學(xué)人工智能研究院名譽院長張鈸表示：“人工智能的發(fā)展處于初期階段，科研工作者需要充分利用知識、數(shù)據(jù)、算法、算力這四個要素，建立可解釋和魯棒的人工智能理論，發(fā)展可控、可信、可靠、可擴展的人工智能技術(shù)，探索出一條適合人工智能的全新發(fā)展道路，以此推動人工智能的教學(xué)、科研和產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展?！?/p>

這一論斷非常準確地詮釋了今天AI技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的突圍方向。AI本身是一個跨學(xué)科技術(shù)，而AI與其他學(xué)科的結(jié)合可謂是“跨學(xué)科的跨學(xué)科”。然而也就是在這樣連續(xù)的跨越與打破以往產(chǎn)學(xué)常規(guī)的方式下，AI才能走出一條新路，才能推動AI技術(shù)全面、高速發(fā)展。對于AI與生命健康的合作更是如此。傳統(tǒng)意義上，生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、藥學(xué)等相關(guān)領(lǐng)域，就與計算機、控制論等學(xué)科之間很少有交流與合作，更遑論深度學(xué)習(xí)代表的最新AI技術(shù)。AI+生命健康是一次全新的碰撞與融合，需要打破產(chǎn)學(xué)之障，建立常態(tài)化、高效可用的溝通機制，共同構(gòu)建產(chǎn)學(xué)研一體化的研發(fā)新范式。

華為云搭建的第三座橋，就是在AI領(lǐng)域與生命健康領(lǐng)域之間進行了廣泛且密集的產(chǎn)學(xué)研合作，并將合作成果集成在華為云的平臺與品牌之上，讓更多研發(fā)人員能夠有效參與到產(chǎn)學(xué)進程中來，了解并加入AI賦能生命健康的偉大變革。

華為云圍繞跨界的融合，把AI和醫(yī)療結(jié)合起來，圍繞基因組分析、藥物研發(fā)、臨床輔助等方面進行探索。

具體來看，華為云與北大、中科院完成了大量細分技術(shù)合作，其中包括疾病基因篩查、基因測序、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測、分子動力學(xué)模擬和藥物篩選等等，在很多方面進行了深入的產(chǎn)學(xué)研合作研究。在全球市場，華為云為相關(guān)領(lǐng)域提供了PE級別的算力集群，幫助伙伴將AI+生命健康相關(guān)能力更好地提供給用戶。在落地層面，華為云與協(xié)和醫(yī)院等三甲醫(yī)院合作，形成了一系列合作成果。如今，在打破兩大學(xué)科界限，構(gòu)筑產(chǎn)學(xué)研合作新范式層面，華為云既展現(xiàn)了合作誠意，也取得了喜人的合作成果。

華為云人工智能領(lǐng)域首席科學(xué)家、IEEE Fellow、國際歐亞科學(xué)院院士田奇就介紹了這樣一個基于合作完成的AI+生命健康落地案例。華為云與伙伴聯(lián)合研發(fā)AI輔助宮頸癌篩查模型，幫助提升宮頸癌早期篩查能力。驗證結(jié)果表明，該模型的排陰率為61.9%，陰性片判讀的準確率高于99%，陽性病變的檢出率超過99.9%。效率方面，AI系統(tǒng)將細胞病理醫(yī)生鏡下閱讀宮頸細胞涂片的平均時間從6分鐘提高到36秒。通過AI輔助宮頸癌篩查模型判讀速度是人工判讀的10倍。由此可見AI賦能醫(yī)療產(chǎn)業(yè)的價值，也可以見到充分廣泛的合作帶來的價值。

打破藩籬，跨越障礙，實現(xiàn)產(chǎn)學(xué)研體用一心的合作與溝通。這是華為云基于一次次技術(shù)探索，一個個案例落地帶來的范式價值。AI賦能生命健康，不是一家學(xué)校，一家企業(yè)的工作，而是全球優(yōu)質(zhì)資源攜手同行才能推動的變革。這其中，需要有人愿意持續(xù)付出，形成平臺化與產(chǎn)學(xué)樞紐——這正是華為云的價值所在。

從AI醫(yī)療能力的平臺化沉淀，到大模型打通藥物研發(fā)新路，再到產(chǎn)學(xué)研一體化的合作范式構(gòu)建，華為云踐行“一切皆服務(wù)”戰(zhàn)略，把那顆名叫AI的種子，深深種植在了智能與生命兩大科學(xué)的交界處。并且用心耕耘，勤奮地耕作與灌溉。

我們依舊在等待這顆種子長成參天大樹。但今天至少可以說，那顆種子已經(jīng)在云端長出了關(guān)于生命的希望，長出了實現(xiàn)變化的力量。