王兵：迎接交叉學(xué)科研究的“大數(shù)據(jù)時代”

專家簡介：

王兵，IEEE高級會員，安徽工業(yè)大學(xué)教授，同濟大學(xué)博士生導(dǎo)師。2006年獲中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)博士學(xué)位，2007年香港城市大學(xué)高級研究助理，2008 2012年在美國路易斯維爾大學(xué)、范德堡大學(xué)從事博士后研究。近幾年發(fā)表高水平論文70余篇。主持國家自然科學(xué)基金項目3項、省部級項目5項，安徽省科研平臺創(chuàng)新團隊負責(zé)人，入選安徽省學(xué)術(shù)與技術(shù)帶頭人后備入選，中科院院長獎獲得者。

“這是最好的時代，也是最壞的時代。”英國著名作家狄更斯在《雙城記》開篇這樣寫道。而當(dāng)下的時代，對于從事智能信息處理研究的王兵來說，也是如此。

各種技術(shù)的發(fā)展帶來海量的數(shù)據(jù)，結(jié)合信息處理方法來解決生物醫(yī)學(xué)、智能制造方面的問題，挖掘數(shù)據(jù)、分析結(jié)果，從海量數(shù)據(jù)中提取隱含在其中的信息進而對于生命醫(yī)學(xué)與智能制造的進展提供幫助，這也是王兵的研究方向。作為一個多學(xué)科高度交叉的領(lǐng)域，其研究涉及信息、控制、計算機、生物以及醫(yī)學(xué)等多個學(xué)科。“雖然困難重重，但我對交叉學(xué)科的研究前景非常看好。在這個前所未有的大數(shù)據(jù)時代，我愿意接受一切挑戰(zhàn)。”王兵滿懷斗志地說道。

交叉學(xué)科大數(shù)據(jù)處理

對于未來，王兵有著清晰的規(guī)劃和高瞻遠矚的眼光。2004年，在開始攻讀博士階段，他就預(yù)測大規(guī)模數(shù)據(jù)分析將是一個非常有前景的方向。在他看來，隨著技術(shù)的進步，各個領(lǐng)域積累了大量的數(shù)據(jù)，而且這個趨勢會越來越強。但是如何充分利用好這些數(shù)據(jù)，僅僅依靠各個領(lǐng)域的專家，幾乎是不可能完成的任務(wù)。正因此，王兵希望自己能夠從信息處理的角度在大數(shù)據(jù)里面挖掘新信息、探尋內(nèi)存規(guī)律，從而對相關(guān)領(lǐng)域的研究進展提供幫助。

事實證明，王兵當(dāng)初的選擇沒有錯。大數(shù)據(jù)計劃已經(jīng)成為歐美國家重要的發(fā)展戰(zhàn)略，而在當(dāng)時，我國大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)尚未形成，不僅缺少自主知識產(chǎn)權(quán)的高價值數(shù)據(jù)庫，而且我國對大數(shù)據(jù)分析能力也存在著嚴重不足。為此，王兵決定走出去，只有接觸更前沿的東西，才能拓寬視野。于是，王兵選擇漂洋過海到美國深造。

2009年，美國出臺法案，將醫(yī)療衛(wèi)生信息化列為重點發(fā)展方向，10年內(nèi)將累計投入2760億美元。2012年，美國政府又發(fā)布了《大數(shù)據(jù)研究和發(fā)展倡議》，旨在利用大量復(fù)雜數(shù)據(jù)集合獲取知識和提升洞見能力，投入金額高達2億美元。在美國的4年時間里，王兵深切地感受著美國生物醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)時代帶給他的沖擊，這也更加堅定了他學(xué)好本領(lǐng)回國效力的決心。

做智能計算出身的王兵，按常理來講，會選擇進入和計算機或者信息處理相關(guān)的實驗室，但他偏偏不走尋常路，先后選擇加入了分析化學(xué)領(lǐng)域和生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的實驗室。因為他明白，他所選擇的領(lǐng)域是一個高度交叉的學(xué)科領(lǐng)域，如何更好地利用大數(shù)據(jù)為社會服務(wù)，是信息技術(shù)領(lǐng)域和生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域共同面對的挑戰(zhàn)，這需要自己對此兩個領(lǐng)域都有較深的理解才行。

近幾年來，中國對于科研事業(yè)的鼓勵和支持力度越來越大，國內(nèi)大數(shù)據(jù)時代已來臨，加上轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)的興起，中國生物醫(yī)學(xué)研究有望實現(xiàn)歷史性跨越。為適應(yīng)生物醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)的發(fā)展，國家在生物醫(yī)學(xué)信息領(lǐng)域?qū)τ趯I(yè)人才的需求也越來越大，而正是報效祖國的大好時機。也正因如此，王兵毅然選擇了回國。

“國內(nèi)的科研氛圍越來越好了，只要全身心投入，一樣可以做出一番成績，一樣可以實現(xiàn)自己的理想！”對于自己的選擇，王兵信心十足。

蛋白質(zhì)功能位點預(yù)測研究

作為遺傳信息的體現(xiàn)者，蛋白質(zhì)是最主要的生命活動過程的載體和功能執(zhí)行者。在生物體細胞中，蛋白質(zhì)是通過與其他生物分子相互作用來完成特定的功能，但直接參與分子相互作用的殘基只占一小部分，這些結(jié)合位點對實現(xiàn)蛋白質(zhì)的功能顯得十分重要。因此，分析和識別蛋白質(zhì)和其他分子結(jié)合位點成為研究蛋白質(zhì)功能實現(xiàn)機制的基礎(chǔ)，是生物信息學(xué)領(lǐng)域的關(guān)鍵問題。

“蛋白質(zhì)功能位點預(yù)測研究”國家自然科學(xué)基金課題是王兵回國之后主持完成的第一個項目。通常情況下，對蛋白質(zhì)結(jié)合面殘基的定義有兩類：第一類是根據(jù)蛋白質(zhì)復(fù)合物內(nèi)不同蛋白質(zhì)鏈上氨基酸殘基的距離來定義，一般給定一個閾值，小于這個值就認為是結(jié)合面殘基；第二類是根據(jù)在蛋白質(zhì)復(fù)合物形成前后，殘基的可及面積的變化來定義，這里也需設(shè)定一個閾值或相對閾值。

王兵認為，這種定義本身就會帶來很多的假陽性和假陰性噪聲，因為實際中很多蛋白質(zhì)會在不同的位置與不同的對應(yīng)蛋白發(fā)生相互作用。因此，王兵團隊提出了一種蛋白質(zhì)結(jié)合面殘基的數(shù)據(jù)重構(gòu)策略，以獲得更高質(zhì)量的數(shù)據(jù)源。實驗結(jié)果表明，通過數(shù)據(jù)重構(gòu)，可以得到很好的預(yù)測性能。

盡管高通量實驗技術(shù)針對不同物種產(chǎn)生了大量的蛋白質(zhì)相互作用，但與生命系統(tǒng)所具有的真實的蛋白質(zhì)相互作用相比，仍然只是一小部分。與此同時，實驗方法費時費力，非常昂貴。基于蛋白質(zhì)序列信息，王兵提出了一種新的PCA-EELM模型來對蛋白質(zhì)相互作用進行預(yù)測。實驗結(jié)果表明，他的方法獲得了87%的預(yù)測精度、86.15%的靈敏度和87%的特異度，該方法極其有效。

用大數(shù)據(jù)為中醫(yī)藥正名

中醫(yī)藥是中華民族瑰寶，但其在世界上的公認度似乎還沒有那么高。對此，王兵認為，“中醫(yī)藥其實是一種成分問題，可以利用現(xiàn)代科學(xué)手段，對于中醫(yī)藥方進行分析，看看它的成分對于我們具體疾病的治療效果如何。如果能從現(xiàn)代醫(yī)學(xué)角度，利用數(shù)據(jù)挖掘和分析，把我們的古老中醫(yī)從科學(xué)上進行解釋，這也是一件非常有意義和有前景的工作。”

王兵向記者介紹道，中醫(yī)藥領(lǐng)域具有典型的大數(shù)據(jù)特征。一是數(shù)據(jù)量巨大。我國人口眾多，疾病的患病基數(shù)大，病人越多，采集信息越完整，對結(jié)果處理就會越準確。二是數(shù)據(jù)類型復(fù)雜。在中醫(yī)院，每個患者不但要經(jīng)過辨證論治的個體化診療，還會經(jīng)過各種理化檢測進行疾病及其預(yù)后的診斷，所以不只有病歷資料中包含的信息，還會有生化檢查、多種影像或病理切片檢查的生物學(xué)信息。而收集這些龐大、多類別的數(shù)據(jù)，通過分析處理將其盤活，可以產(chǎn)生讓人意想不到的價值。

王兵認為，“‘大數(shù)據(jù)’充分應(yīng)用到中醫(yī)藥的臨床與科研，將會給這個領(lǐng)域帶來革命性的變化，關(guān)鍵是如何把這些渺如煙海的數(shù)據(jù)成功采集出來，這是一個極其復(fù)雜的工程，也是一個大考驗，處理得好，應(yīng)用得當(dāng)，大數(shù)據(jù)就會成為‘大優(yōu)勢’，為中醫(yī)藥發(fā)展帶來‘大價值’”。而這也正是王兵目前正在研究的方向。

以前，中醫(yī)主要依賴個人在臨床實踐中積累的經(jīng)驗。在王兵看來 ，目前當(dāng)務(wù)之急是進行技術(shù)體系的創(chuàng)新，而數(shù)字技術(shù)是促進中醫(yī)藥快速發(fā)展的必由之路。“這些海量信息就是一筆巨大的財富。利用數(shù)字技術(shù)記錄中醫(yī)臨床診療實踐中大量的中醫(yī)學(xué)知識和診療信息，并把這些信息用于分析中醫(yī)臨床診療的療效和經(jīng)驗知識，是中醫(yī)藥學(xué)現(xiàn)代化研究和發(fā)展的重要課題。”

“大數(shù)據(jù)時代”將給中醫(yī)藥科研帶來巨大的變化和極大的便利。王兵希望用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)進行中醫(yī)藥的研究，以加速中醫(yī)藥知識的更新和創(chuàng)新，并推進中醫(yī)藥的產(chǎn)業(yè)化和國際化進程，為我國中醫(yī)正名。

時刻在創(chuàng)新

當(dāng)下，大家都在談“創(chuàng)新”，科研界更是如此。但是在王兵的眼中，創(chuàng)新不是一個響亮的口號，而是要具體落實到每一個細節(jié)中去。王兵說：“以我對創(chuàng)新的理解，我們應(yīng)該時刻都在創(chuàng)新。發(fā)現(xiàn)一條新的規(guī)律、做一個全新的實驗，或者從日常生活中找到不一樣的東西。我覺得只要有一點點不同于前人的形式，都可以歸納為創(chuàng)新”。

王兵也把他的“創(chuàng)新”思想運用到團隊管理和日常的教學(xué)中去。“每個人都應(yīng)該是復(fù)合型人才，能力都是多方面的，但是也都各有所長”。王兵會根據(jù)每個人的特點，因材施教，多方面鍛煉他們。在王兵的團隊里，時刻都可以感受到開放自由的工作氛圍，這也是他很得意的一點，“團隊是一個整體，但也要百花齊放”。

說到今后的目標，王兵的理想顯得樸素又接地氣，“把自己本職的研究工作做好，如果我的研究能為病人解決掉哪怕一個很小的問題，我就感到極其欣慰了”。