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Intelligenza artificiale contro i tumori donata da IBM

Pillole di IA – IBM dona tre progetti di IA per la lotta contro i tumori

Scritto da Salvatore Guaglianone on . Postato in Articoli, Pillole di IA

Il colosso dell’informata fondata da Charles Ranlett, ha donato alla scienza medica tre progetti elaborati in seno ad IBM, rendendole Open Source  per la comunità medica che ogni giorno combatte contro questo grande male della società moderna, ovvero il cancro.

I tre tool resi disponibili da IBM Computational Systems Biology di Zurigo permetteranno ai medici di effettuare studi sui meccanismi molecolari che sono alla base dello sviluppo tumorale e delle possibili terapie.

Il primo tool che andiamo a descrivere è stato chiamato dai suoi creatori PaccMann, sicuramente non sfugge la somiglianza del nome con il noto videogioco degli anni ’80,  adotta un maccanismo di machine learning per l’apprendimento la struttura di questa IA è al quanto particolare in quanto è composta da due sistemi di IA integrati dove uno elabora le informazioni biomolecolari del tumore in esame al fine di comprendere i profili cellulari ed i successivi processi di crescita del tumore; l’altro invece elabora nuovi farmaci antitumorali che collimano con i profili cellulari interessati, dove il principio attivo viene saggiato e valutato virtualmente prima di essere testato in laboratorio.

I due modelli di IA sono stati addestrati separatamente e poi combinati per permettere a PaccMann di diventare il primo generatori di farmaci condizionale specifico.

Il secondo tool denominato Interact, ha come base gli ormai conosciuti processi biologici anomali    dovuti al cancro, tra tutte l’interazione tra le proteina, dove sono presenti innumerevoli studi.
Interact ha l’arduo compito effettuare una metanalisi, ovvero di intrecciare i dati delle numerosissime ricerche ed elaborare un testo unico sulla specifica patologia tumorale, che tenga conto del grado di ricerca assegnatogli. Interact inoltre implementa i dati delle nuove ricerche in modo da fornire una metanalisi sempre aggiornata.

Il terzo tool, prende il nome dal metodo di apprendimento PIMKL (Pathway-induced multiple kernel learning), questo, basandosi sulle conoscenze già acquisite elabora mediante i dati raccolti dai campioni biologici  del paziente delle previsioni di attività tumorale fornendo agli operatori sanitari la possibilità  di determinare e personalizzare i piani di cura.

IBM ha reso disponibili questi tool online fornendo libero accesso anche al codice sorgente per miglioramenti o implementazioni. Di seguito i link per i singoli tool:

PaccMann

Interact

PIMKL

Pillole di IA – Nuove cellule sviluppate grazie all’Intelligenza Artificiale

Scritto da Salvatore Guaglianone on . Postato in Articoli, Pillole di IA

Nuova cellula sviluppata con l'intelligenza artificiale

Abbiamo già visto nel nostro articolo primo antibiotico messo a punto dall’intelligenza artificiale” come l’intelligenza artificiale può aiutare l’uomo nelle biologia sintetica per lo sviluppo di nuovi farmaci. Come stiamo sempre più comprendendo questa tecnologia può integrarsi con quasi tutte le attività umane, e con la scoperta attuale anche con la vita stessa.

Sulla rivista specializzata Nature, è stato pubblicato l’articolo sulla ricerca condotta dalla Lawrence Berkeley National Laboratory , dove i ricercatori hanno messo a punto un algoritmo di apprendimento automatico, chiamato ART (Automated RecommenationTool), idoneo alle esigenze della biologia sintetica al fine di permettere la generazione di cellule con patrimonio genetico ottimizzato.

Hector Garcia Martin, coordinatore della ricerca, ha spiegato che la biologia sintetica è un processo molto lento fatto di tanta sperimentazione con costi relativamente elevati, mentre con questa nuova tecnologia è possibile elaborare velocemente il patrimonio genetico (dati) con relative possibili soluzioni per passare subito alla sperimentazione in vitro.

ART è stato testato su dei lieviti, microorganismi monocellulari di natura eucariotica, comunemente utilizzati per la panificazione, al fine di riuscire a migliorare il metabolismo cellulare per permettere una maggiore produzione dell’amminoacido triptofano all’interno della cellula.

La scelta di questo particolare amminoacido non è stata casuale in quanto il triptofano è il precursore della serotonina, oltre che la sua assunzione permette una significativa riduzione del rischio cardiovascolare.

I ricercatori avevano già evidenziato cinque geni, che erano regolatori nei processi cellulari per la produzione di triptofano, con oltre 8.000 possibili combinazioni.

Il Machine Learning è stato strutturato dall’Università tecnica della Danimarca, che mediante i dati sperimentali di solo 250 combinazioni, ovvero il 3% delle combinazioni totali, sono riusciti ad addestrare l’intelligenza artificiale, nel comprendere quali frammenti di DNA erano correlati alla produzione del triptofano, e quindi identificando tutti i geni delle 8000 combinazioni, oltre ad identificare quelle più influenti alla sua produzione arrivando ad un aumento del 106%.

Questo studio ha portato alla creazione di una cellula con un nuovo patrimonio genetico e quindi una nuova specie di lievito che favorirà sia l’umore che una maggiore prevenzione dalle malattie cardiovascolari, ma tutto questo è l’inizio di una nuova era della Biologia Sintetica.

IA salva i koala

Pillole di IA – L’intelligenza artificiale salva i koala dagli incidenti

Scritto da Salvatore Guaglianone on . Postato in Pillole di IA

L’Australia da diversi anni sta affrontando un vero e proprio dramma estivo, in quanto diversi incendi vengono appiccati in modo doloso, questi favoriti dai forti venti ardono velocemente la vegetazione con in impatto catastrofico non solo per la vegetazione a anche per gli animali di questo ecosistema.
Secondo Nature Climate Change nel periodo compreso tra settembre 2019 e gennaio 2020 sono andati distrutti quasi 10 milioni di ettari di foresta australiana, inoltre l’università di Sydney ha stimato una perdita di oltre 1 miliardo di animali uccisi a causa degli incendi.

Tra le maggiori vittime animali si è riscontrato essere proprio il koala, questo simpatico marsupiale arboricolo dalle abitudini sedentarie, si caratterizza per i suoi movimenti relativamente lenti, proprio queste sue caratteristiche lo hanno reso vulnerabile, si pensi che la stima sul famoso territorio denominato Isola dei Canguri siano morti tra 37 e 45mila esemplari, circa il 90% della popolazione locale.

Questo ha spinto la comunità scientifica coadiuvata dallo stato e dalle associazioni per la salvaguardia selvatica australiana a sviluppare un sistema di monitoraggio di questi splendidi marsupiali mediante l’ausilio dell’IA.

Come funziona?

Mediante l’ausilio di telecamere ad infrarossi installate sui droni è possibile effettuare la scansione termica delle foreste che ospitano questi animali, identificabili facilmente in quanto questi hanno una temperatura ben distinta rispetto al paesaggio circostante.
I dati vengono elaborati poi dall’IA che mediante l’attività di machine learning permette il riconoscimento di questi animali.

Sul drone vi è installato anche un GPS il quale permette alla rete neurale di associare al singolo esemplare identificato dal sistema di IA, anche le sue coordinate riuscendo così ad avere una mappatura completa delle posizioni di tutti gli esemplari, permettendo ai volontari di intervenire in caso di incendio sottraendoli alla morte.

Le attività di machine learning non sono ancora terminate del tutto in quanto il margine d’errore è ancora di circa il 14%, ma viene già utilizzata in quanto l’estate australe è alle porte e non si vuole permettere che accada più le stragi degli anni passati.

Scenari futuri

Questa tecnologia potrebbe essere implementata su larga scala non solo per i Koala ma anche per molte altre specie di animali, oltre che potrebbe svilupparsi un nuovo modello di salvaguardia ambientale permettendo alla rete neurale di riconoscere svariati animali di un determinato ecosistema per il monitoraggio costante delle specie adottando diverse tecnologie come video, IR, UV, onde sonore, etc.

Pillole di IA – Primo antibiotico messo a punto dall’Intelligenza Artificiale

Scritto da Salvatore Guaglianone on . Postato in Pillole di IA

Con questa nostra rubrica stiamo scoprendo tutte le potenzialità dell’IA, che sta cambiando considerevolmente il nostro mondo con delle scoperte davvero sorprendenti per il miglioramento della vita dell’uomo su questa terra, portando alcuni colossi dell’informatica, come Microsoft, ad investire sia nella conservazione dell’ambiente che in ambito medico per la salvaguardia della salute.

In ambito medico diversi studi che implementano l’intelligenza artificiale stanno portando grandi risultati. Tra gli ultimi risultati che hanno un notevole impatto scientifico troviamo Halicin, questo è il nome di un nuovo antibiotico identificato grazie allo sviluppo di un sistema di intelligenza artificiale sviluppato da alcuni ricercatori del MIT(Massachusetts Institute of Technology) con a capo Jim Collins esperto di bio-ingegneria. Il team del MIT ha messo a punto una rete neurale che riuscisse ad analizzare circa 2500 molecole con proprietà antibiotiche, di cui 800 di origine naturale, in modo da elaborare delle nuove molecole con proprietà antibiotiche ma con strutture differenti rispetto agli attuali antibiotici, inoltre mediante un programma di machine Learning sono state individuate quei composti più sicuri per l’uomo.
Halicin permette di aumentare la permeabilità della membrana cellulare batterica dissipando il gradiente elettrochimico sotto forma di calore, il gradiente protonico è indispensabile alla cellula per produrre ATP (molecole ad alto contenuto energetico utilizzato per il metabolismo cellulare) quindi in mancanza di energia, la cellula batterica va incontro alla morte.

I primi studi in vitro hanno dato ottimi risultati su quasi la totalità delle specie batteriche testate oltre a non manifestare alcun genere di antibiotico resistenza dopo 30 giorni di test a basso dosaggio. Oggi questo antibiotico viene studiato in laboratorio per poi passare alla sperimentazione umana.

Questo stesso studio ha permesso di identificare altre 8 molecole, che potenzialmente potrebbero essere utilizzate come antibiotici ad ampio spettro, anch’essi con sintesi strutturale diversa dagli antibiotici attualmente presenti in commercio. Per due di queste otto molecole è iniziato la prima fase di sperimentazione in vitro portando già buoni risultati che fanno ben sperare tutto il mondo scientifico.  

 L’intelligenza artificiale mediante la scoperta di Halicin conferma che questi algoritmi “super-smart” faranno parte sempre di più della nostra vita quotidiana, migliorando il nostro modo di vivere, oltre che nel marketing e l’industria.

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