生物醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢研究

徐滿茗

（南京師范大學(xué)附屬中學(xué)，江蘇 南京 210012）

生物醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢研究

徐滿茗

（南京師范大學(xué)附屬中學(xué)，江蘇 南京 210012）

生物醫(yī)學(xué)與多個(gè)學(xué)科的理論與知識(shí)有緊密聯(lián)系。隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來，生物醫(yī)學(xué)對(duì)數(shù)據(jù)的需求也越來越多。當(dāng)前，大數(shù)據(jù)技術(shù)越來越普及，生物醫(yī)學(xué)的數(shù)據(jù)規(guī)模逐漸擴(kuò)大。在大數(shù)據(jù)背景下，生物醫(yī)學(xué)的內(nèi)涵也變得越來越豐富。鑒于此，如何將大數(shù)據(jù)和生物醫(yī)學(xué)進(jìn)行更好的融合，這對(duì)于生物醫(yī)學(xué)的研究意義重大。主要對(duì)生物醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)的特點(diǎn)、現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢進(jìn)行了研究。

生物醫(yī)學(xué)；大數(shù)據(jù)；微生物群落；高維性

生物醫(yī)學(xué)，它是將生物醫(yī)學(xué)信息與基因芯片和納米技術(shù)等結(jié)合起來的學(xué)術(shù)研究和創(chuàng)新領(lǐng)域。隨著21世紀(jì)的到來，現(xiàn)代系統(tǒng)生物醫(yī)學(xué)逐漸形成。系統(tǒng)的生物學(xué)研究與人類健康是息息相關(guān)的。

1 生物醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)的特點(diǎn)及發(fā)展現(xiàn)狀

在21世紀(jì)，新一代生物分析平臺(tái)不僅具有單細(xì)胞檢測功能，還有實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)圖像系統(tǒng)，能夠?yàn)樯镝t(yī)學(xué)研究提供大量的數(shù)據(jù)信息，在對(duì)海量數(shù)據(jù)中的深刻規(guī)律進(jìn)行研究時(shí)，必須保證大數(shù)據(jù)的3特征，即數(shù)據(jù)量大，處理數(shù)據(jù)效率高、速度快，數(shù)據(jù)源要有多變性。通過借助大數(shù)據(jù)的這些特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)的分析和預(yù)測。

與其他科學(xué)大數(shù)據(jù)一樣，生物醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)也呈現(xiàn)出典型的“3H”特點(diǎn)，那就是高維性、高度計(jì)算復(fù)雜性和高度不確定性。高維性指的是生物醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)不僅能夠?qū)颖具M(jìn)行多重分析，還能夠使用多組數(shù)據(jù)，樣本量較多，這些特點(diǎn)使多維數(shù)據(jù)的索引成為了可能。例如，近年來一時(shí)興起的“智慧醫(yī)療”的概念，是通過建立健康檔案區(qū)域的醫(yī)療信息平臺(tái)，使用大數(shù)據(jù)技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將患者和醫(yī)療服務(wù)商、保險(xiǎn)公司緊密聯(lián)系在一起的一種醫(yī)療方案。通過高維數(shù)據(jù)的分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)規(guī)律的剖析，但數(shù)據(jù)整合與分析的難度是較大的。高度計(jì)算復(fù)雜性指的是由于生物醫(yī)學(xué)中存在不同的數(shù)據(jù)，對(duì)系統(tǒng)性整合提出了更高的要求，且樣本的對(duì)比需求也是必備的。生物醫(yī)學(xué)研究的樣本來源不一樣，這就使研究對(duì)象難以確定。大數(shù)據(jù)的研究與以往的邏輯推理研究有著本質(zhì)的差異，因?yàn)榇髷?shù)據(jù)研究需要對(duì)龐大的數(shù)據(jù)進(jìn)行多項(xiàng)分析歸納和相關(guān)性分析。

目前，大數(shù)據(jù)已經(jīng)滲透到社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，為各行各業(yè)的發(fā)展提供了更加龐大的數(shù)據(jù)。在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用推動(dòng)了生物醫(yī)學(xué)研究的高速發(fā)展。

2 生物醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)的發(fā)展趨勢研究

在大數(shù)據(jù)時(shí)代，生物醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)的發(fā)展不再是假設(shè)驅(qū)動(dòng)而是數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)。以往，分子生物學(xué)水平上實(shí)驗(yàn)的最終目的要么是獲得一些結(jié)論，要么是提出一些新的假設(shè)。然而，當(dāng)生物醫(yī)學(xué)遇到了大數(shù)據(jù)時(shí)，就可以通過大量的數(shù)據(jù)分析來研究其規(guī)律，通過這個(gè)步驟，就可以直接得到靠譜的假設(shè)或者結(jié)論。生物醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)的高維性、高度計(jì)算復(fù)雜性和高度不確定性必將在生物醫(yī)學(xué)中發(fā)揮越來越重要的作用。同時(shí)，由于數(shù)據(jù)具有差異性，如何對(duì)海量的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)整合，這將成為一個(gè)瓶頸。

2.1 不同類型生物醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)的高度整合

在對(duì)各種各樣的樣本進(jìn)行充分整合之后，就能夠得到一個(gè)更加系統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型，通過該模型，能夠?qū)Σ煌愋秃统叨鹊臄?shù)據(jù)進(jìn)行集成化分析。另外，當(dāng)數(shù)據(jù)的格式存在不統(tǒng)一的問題時(shí)，就需要借助智能化的數(shù)據(jù)模型和方法進(jìn)行研究。未來，對(duì)不同類型的生物醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)進(jìn)行更好的整合，將是一大發(fā)展方向。

圖1 生物醫(yī)學(xué)產(chǎn)業(yè)聚集的新模式

2.2 生物醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)分析和臨床處理

在生物醫(yī)學(xué)逐步發(fā)展的過程中，對(duì)大量的樣本進(jìn)行快速提取，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行深入的挖掘，將成為重要的任務(wù)。所以，對(duì)生物醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)分析和臨床處理，必將成為生物醫(yī)學(xué)研究的一大發(fā)展趨勢。近年來，一種多層次、跨界融合的生物醫(yī)學(xué)產(chǎn)業(yè)聚集的新模式被提出，這種新模式就是利用生物醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)醫(yī)療和現(xiàn)代醫(yī)療的結(jié)合。圖1所示為生物醫(yī)學(xué)產(chǎn)業(yè)聚集的新模式。

2.3 數(shù)據(jù)的個(gè)性化分析、預(yù)測和保存

在我們對(duì)生物醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)逐步采集的過程中，數(shù)據(jù)的規(guī)模也會(huì)越來越大。相關(guān)數(shù)據(jù)的個(gè)性化分析、預(yù)測的需求也增長，如何對(duì)個(gè)性化的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和保存，這是我們應(yīng)當(dāng)關(guān)注的問題。

2.4 人體微生物群落研究

生物醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)對(duì)人體研究領(lǐng)域的范圍較廣，不僅包括了人體基因型，還包括了表型數(shù)據(jù)。另外，它還與人體微生物群落研究有一定的關(guān)聯(lián)。通過人體微生物群落的研究，我們能夠更好地了解人體健康的影響因素。具體而言，可以從以下幾個(gè)方面入手：①通過構(gòu)建病原菌數(shù)據(jù)庫，可以為患者的病因分析提供參考。②人體微生物的檢測結(jié)果，可以為病人健康狀況的診斷提供科學(xué)預(yù)測，通過使用有效的預(yù)防手段，從而避免疾病的發(fā)生。例如，有科學(xué)家將腸道微生物稱為“第二大腦”。有研究表明，微生物與多種神經(jīng)類疾病有著緊密的聯(lián)系，比如自閉癥和帕金森疾病。當(dāng)研究手段越來越先進(jìn)時(shí)，科學(xué)家們?cè)絹碓秸J(rèn)識(shí)到了微生物的重要性。微生物群落的研究，對(duì)于結(jié)腸炎、心臟病、糖尿病等的治療都有很大的幫助。③通過恰當(dāng)?shù)乩糜幸婢?，?shí)現(xiàn)人體免疫能力的提高。④生物醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)中需要使用多種研究方法，這些方法能夠促進(jìn)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究的進(jìn)一步發(fā)展。

3 結(jié)束語

在大數(shù)據(jù)時(shí)代，生物醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)規(guī)模逐漸擴(kuò)大，如何使生物醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)分析工作得到快速發(fā)展，從而促進(jìn)大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)的建設(shè)，這是生物醫(yī)學(xué)需要研究的。筆者相信，在不久的將來，生物醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)將在我國生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用。

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TP274+.2；R318

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2018.02.088

2095－6835（2018）02－0088－02

劉曉芳〕