芝加哥大學領導的研究表明，AI技術驅動的“數(shù)字孿生”能夠對嬰兒微生物組進行建模，從而預測嬰兒成長后期可能出現(xiàn)的神經發(fā)育問題。

利用早產兒糞便樣本中的極早期腸道微生物組相關數(shù)據(jù)，數(shù)字孿生能夠非常準確地預測其后期微生物組構成，以及相對應的神經發(fā)育缺陷。

這篇論文被發(fā)表在《科學進展》期刊上，研究的主要作者、來自芝加哥大學的Ishanu Chattopadhyay在一份聲明中表示，“我們只需觀察微生物組的快照并分析各類菌群的不同水平，即可快速得出結論。這是因為在早產兒當中，微生物組會持續(xù)變化并發(fā)育成熟。”

“因此，我們開發(fā)出一種使用生成式AI為微生物組構建系統(tǒng)數(shù)字孿生的新方法，該系統(tǒng)能夠模擬菌群變化時的相互作用。”

這項研究仍處于早期階段，但如果得到驗證，研究小組相信其可以幫助預測哪些嬰兒可能需要早期微生物組移植，以幫助他們改善神經發(fā)育情況。

作者們在論文中寫道，“越來越多的證據(jù)表明，微生物失調會導致多種疾病的發(fā)生和發(fā)展，包括影響基本消化過程乃至通過微生物群-腸-腦這條行進軸影響中樞神經系統(tǒng)。”

“雖然學術界已經觀察到微生物組在包括早產兒在內的人體大腦發(fā)育中的作用，以及微生物失調與神經炎癥及神經發(fā)育障礙之間的關系，但其沿腸腦軸運作的具體機制仍是個未被徹底解開的謎團。”

為了推動對這一領域的探索，Chattopadhyay及其同事使用從88名早產兒的398份糞便樣本中提取到的16S核糖體RNA譜來指導并訓練數(shù)字孿生模型。提供這些數(shù)據(jù)的嬰兒有些出現(xiàn)了神經發(fā)育問題，有些則健康無恙，這就讓AI得以學會如何預測新生兒的潛在發(fā)育問題。

研究小組發(fā)現(xiàn)，數(shù)字孿生能夠預測發(fā)育欠缺與頭圍生長不良的風險，對受試者特征的正確覆蓋率高達76%。妊娠30周時的陽性預測正確率為95%，特異性預測正確率為98%。

研究人員計算出，早期微生物組移植能夠幫助約45%的嬰兒免遭發(fā)育問題侵擾，但具體情況還須在未來的工作中進一步驗證，特別是錯誤補充菌群可能帶來的負面效應。

Chattopadhyay解釋稱，“我們不能指望著單靠給予益生菌就降低發(fā)育風險。嬰兒的微生物組非常重要，在補充時需要從多個角度進行精準把控。”

研究人員還提到，數(shù)字孿生模型未來可能會將研究重點放在腸道微生物組中的特定病癥與治療目標身上。與現(xiàn)有研究方法相比，其有望顯著縮短診療方案的開發(fā)周期。