美国东北大学卢颖,东北大学研究员卢颖：揭开生物大规模数据背后的秘密

1. 生物大规模数据背后的意义

自从人类基因组计划于2003年获得成功以来，生物科学领域的数据规模和多样性不断增加。为了探索这些数据的背后含义，生物学家们需要完整地记录生物物种的基因组序列、基因表达信息、蛋白质表达信息等，这些都需要使用先进的测序仪器和数据分析算法来完成。

在如此庞大的数据量背后，是更深层次的任务：数据的整合、分析和应用，从而推动生物学研究的进步。因此，生物大规模数据的挖掘和利用是生命科学研究中极为重要的一环。

随着技术的不断提升，如今可以采用各种方法收集和处理生物大规模数据。其中，测序仪和蛋白质质谱仪是最为常用的工具。基因组测序可以从单一的生物体、环境样本到整个生态系统，甚至是人类的大量样本，得到各种粒度的序列数据；蛋白质质谱仪则可以分析蛋白质组成，从而获得关于蛋白质组差异和功能的信息。

此外，生物学家还利用计算机分析这些数据。各种算法和工具被广泛使用来从数据中提取生物学信息。如，基于计算机的信号分析和图像处理工具可以在药物筛选等方面发挥作用，影像学和成像技术可以用于可视化组织和细胞。

对生物大规模数据分析的研究重点包括：算法、工具、数据集和应用等。其中，基于机器学习的算法是最常用的方法之一，如支持向量机、人工神经网络等。此外，生物大规模数据的可视化和交互式可视化技术也是关键，包括数据挖掘、图像识别和图表生成等。

在数据挖掘方面，挑战主要是从大规模数据中提取有用的信息，因此需要可伸缩的算法和架构。另外，传统的数据挖掘方法也可以结合机器学习模型进行改进。在图像识别方面，针对不同的数据类型和问题，要使用恰当的图像处理和识别技术。人类与机器交互的可视化技术则可以帮助生物学家直观地理解和利用数据。

生物大规模数据分析的主要应用领域涉及药物发现、基因组学研究等。在药物发现方面，生物大规模数据分析可以用于药物筛选和开发，预处理后的数据可以通过其分子特性进行分类，将分子分为类似或相似的分子，同时这种分析还可以表征分子结构和属性，提供理解药物的机制以及预测其活性的信息。

在基因组学领域，生物大规模数据分析可以帮助生物学家探究生物学和疾病相关性，并研究复杂的线性和非线性关系。此外，生物大规模数据的分析和可视化还可以用于基因组学和生物信息学的教学、科学普及等。