2024年诺贝尔物理学奖揭晓:物理学助力机器学习的发展,在医学领域的应用前景更大!

学术   科学   2024-10-09 08:22   美国  

Bringing medical advances from the lab to the clinic.


关键词大数据分析;诺贝尔奖;物理学奖;2024

2024年10月8日,诺贝尔物理学奖揭晓,美国科学家约翰·霍普菲尔德(John Hopfield)和英国科学家杰弗里·辛顿(Geoffrey Hinton)因机器学习基础贡献获奖。
尽管很多简中文章提出质疑,嘲笑物理学的没落和数学/计算机没有被纳入诺奖;但实际上,本次诺奖是表彰两位科学家利用物理学工具构建方法,为当今强大的机器学习奠定基础的杰出贡献


2024年诺贝尔物理学奖揭晓:John Hopfield和Geoffrey Hinton因机器学习基础贡献获奖

物理学助力机器学习的发展

霍普菲尔德创造了一种能够存储和重构信息的结构,被称为“霍普菲尔德网络”(Hopfield network

这一网络利用了物理学中关于自旋系统的概念,将神经元和突触的相互作用建模为节点和连接的网络结构。通过这种方式,他展示了如何在网络中存储模式,并在给定不完整或受噪声影响的输入时重建原始信息。

辛顿则发明了一种能够自主发现数据特性的算法,即“玻尔兹曼机”(Boltzmann machine。他利用统计物理学中的玻尔兹曼分布,创建了一个具有隐藏层的神经网络,能够通过学习示例数据来识别新的、未见过的模式。这一方法成为现代大型人工神经网络的重要基础,广泛应用于图像识别、自然语言处理等领域。

人工智能的崛起与物理学的贡献

近年来,机器学习的发展突飞猛进,人工神经网络已经成为实现人工智能的重要工具。然而,这一切的背后离不开物理学家的贡献。

霍普菲尔德和辛顿的工作展示了如何利用物理学的基本概念,如能量、状态和概率,来理解和构建复杂的计算模型。

他们的研究不仅推动了机器学习理论的发展,也在实践中产生了深远影响。例如,霍普菲尔德网络为联想记忆和模式识别提供了新的思路;辛顿的深度学习理论则引领了人工智能的新时代,使得计算机能够处理复杂的任务,如图像分类和语音识别。


展望未来

诺贝尔委员会在颁奖词中表示:

“今年的获奖者利用物理学的方法,找到了信息中的模式,为现代强大的机器学习奠定了基础。”

这一奖项的颁发,体现了跨学科研究的重要性,强调了物理学在推动计算机科学和人工智能领域发展的关键作用。


机器学习在医学领域的应用与未来展望


机器学习,尤其是深度学习技术,近年来在医学领域取得了显著进展。包括我们的Amber在内的好多朋友都投身到了机器学习中。

因为,机器学习在医学中有极其广泛的应用前景。


机器学习在医学中的应用

1,医学影像分析:

深度学习算法已经被广泛应用于医学影像的自动分析,如MRI、CT和X射线图像。通过训练神经网络,可以实现对肿瘤、病变和异常组织的自动检测和分类,提高诊断的准确性和效率。

2,个性化医疗:

机器学习可以处理大量的基因组和临床数据,帮助医生制定个性化的治疗方案。例如,通过分析患者的基因表达数据,预测对特定药物的反应,从而优化治疗策略。

3,药物发现与研发:

深度学习模型可以模拟和预测分子间的相互作用,加速新药的发现过程。通过筛选和优化候选化合物,减少实验成本和时间。

4,疾病预测与预防:

利用患者的历史数据和生活方式信息,机器学习模型可以预测疾病的发生风险,帮助早期干预和预防。


未来发展热点

1,多模态数据融合:

未来的研究将更多地关注整合不同类型的数据,如影像、基因组、电子健康记录等。通过融合多源数据,机器学习模型可以获得更全面的信息,提高预测和诊断的准确性。

2,可解释的人工智能:

目前,深度学习模型的“黑箱”性质限制了其在医学中的应用。开发可解释的模型,有助于医生理解算法的决策过程,增强对人工智能的信任。

3,联邦学习与数据隐私:

在保护患者隐私的前提下,如何利用分布式数据进行模型训练是一个重要的研究方向。联邦学习允许在不共享原始数据的情况下,协同训练机器学习模型。

4,实时监测与干预:

随着可穿戴设备和物联网技术的发展,实时健康监测成为可能。机器学习算法可以分析连续的生理数据,及时发现异常,提供即时的医疗建议。


编者按:

机器学习在医学领域的潜力巨大,但也面临挑战。数据质量、算法的可靠性和伦理问题都是需要解决的关键问题。但以下几个领域显然是正在取得突破的方向:

  • 提高医疗服务质量:自动化的诊断和预测工具将辅助医生,提高诊疗效率和准确性,减轻医疗系统的负担。

  • 推动精准医疗的发展:通过深入分析个体的生物学特征,机器学习将助力实现真正的精准医疗,提供量身定制的治疗方案。

  • 加速科研创新:机器学习工具将加速生物医学研究的进程,发现新的疾病机制和治疗靶点。


再次致敬两位诺奖得主!

人类已经进入到了人工智能时代,我们能做的就是,快速掌握把AI应用到自己的工作和生活中的方法。

举几个简单的例子。

在美国生活和工作,我曾经最怕给美国人写信;不仅仅是语言,更因为涉及到不同的文化习惯表达上的逻辑。有了ChatGPT之后,这个问题不再是问题。

在工作中,几百页的材料,ChatGPT可以给你快速提取出关键点;科研中,ChatGPT可以帮助我们做选题、实验设计、基金撰写、统计分析、撰写报告(SCI论文甚至审稿等文字处理工作。

我们正处于一个可以借助AI将自己打造成超级个体的全新时代。。。

参考资料来源:
【1】https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2024/popular-information/


作者:Dr. Mark;助理:ChatGPT;编辑:Jessica,微信号:Healsanq。
美国Healsan Consulting(恒祥咨询)于2016年创建于美国首都大华府地区,专长于Healsan医学大数据分析(Healsan™)、及基于大数据的Hanson临床科研培训(HansonCR™)和医学编辑服务(MedEditing™)。主要为医生科学家、生物制药公司和医院科研处等提供分析和报告,成为诸多机构的“临床科研外挂”。
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美国的七位生物医学科学家主持。通过专家讲座,交流医学课题选题思路及SCI论文撰写规范;通过经典论文解读,分享临床科研技巧和突破性进展;通过大数据分析,解析生物医学发展趋势及行业动态。只提供以数据为基础的客观报告,及专业、独立的思考。
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