机器学习技术开始试图预测罕见的灾难性事件 如地震或大流行病

机器学习技术开始试图预测罕见的灾难性事件如地震或大流行病然而,来自布朗大学和麻省理工学院的一组科学家表明,这不一定是这样的。在《自然-计算科学》上发表的一项研究中,研究人员解释了他们如何利用需要较少数据进行准确预测的统计算法,并与布朗大学开发的机器学习技术相结合。这种结合使他们能够在缺乏历史数据的情况下预测罕见事件的情景、概率甚至是时间线。这样做,研究小组发现,这个新的框架可以提供一种方法来规避传统上这些类型的计算所需要的大量数据,而基本上将预测罕见事件的巨大挑战归结为质量大于数量的问题。"你必须意识到这些是随机事件,"布朗大学应用数学和工程系教授、研究报告作者乔治-卡尔尼亚达基斯说。"像COVID-19这样的大流行病的爆发,墨西哥湾的环境灾难,地震,加利福尼亚的巨大野火,30米高的海浪掀翻了一艘船……这些都是罕见的事件,由于它们是罕见的,我们没有大量的历史数据。我们没有足够的过去的样本来预测它们在未来的发展。我们在论文中解决的问题是。什么是我们可以使用的最佳数据,以尽量减少我们需要的数据点的数量?"研究人员在一种称为主动学习的顺序采样技术中找到了答案。这些类型的统计算法不仅能够分析输入它们的数据,更重要的是,它们可以从信息中学习,标记新的相关数据点,这些数据点对正在计算的结果同样重要,甚至更重要。在最基本的层面上,它们允许用更少的钱做更多的事。这对研究人员在研究中使用的机器学习模型至关重要。该模型被称为DeepOnet,是一种人工神经网络,它使用连续层中相互连接的节点,大致模仿人脑中神经元的连接。DeepOnet被称为深度神经算子。它比典型的人工神经网络更先进、更强大,因为它实际上是两个神经网络合一,在两个平行网络中处理数据。这使它能够以极快的速度分析巨大的数据集和场景,一旦它学会了它所寻找的东西,就能吐出同样巨大的概率集。这个强大的工具的瓶颈,特别是在涉及到罕见事件时,是深度神经操作者需要大量的数据来训练,以进行有效和准确的计算。在论文中,研究团队表明,结合主动学习技术,DeepOnet模型可以得到训练,了解要寻找哪些参数或前兆,导致有人正在分析的灾难性事件,即使没有很多数据点。Karniadakis说:"主旨不是把每一个可能的数据都放进系统,而是主动寻找将标志着罕见事件的事件,我们可能没有很多真实事件的例子,但我们可能有那些前兆。通过数学,我们识别它们,它们与真实事件一起将帮助我们训练这个数据饥渴的运算装置。"在论文中,研究人员将该方法应用于确定大流行期间危险尖峰的参数和不同的概率范围,寻找和预测"流氓波浪",以及估计一艘船何时会因压力而裂成两半。例如,对于流氓波浪--大于周围波浪大小两倍的波浪--研究人员发现他们可以通过观察可能的波浪条件来发现和量化无赖波何时形成,这些波浪随着时间的推移非线性地相互作用,导致波浪有时是其原始大小的三倍。研究人员发现他们的新方法优于更多的传统建模工作,他们认为它提出了一个框架,可以有效地发现和预测各种罕见事件。在论文中,研究小组概述了科学家应该如何设计未来的实验,以便他们能够最大限度地降低成本并提高预测的准确性。例如,Karniadakis已经在与环境科学家合作,使用这种新方法来预测气候事件,如飓风。这项研究由麻省理工学院的EthanPickering和ThemistoklisSapsis领导。DeepOnet是由Karniadakis和其他布朗研究人员在2019年推出的。他们目前正在为该技术申请专利。这项研究得到了国防高级研究计划局、空军研究实验室和海军研究办公室的资金支持。...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1341361.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1341361.htm

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防止未来大流行病的有效方法:保护自然栖息地

防止未来大流行病的有效方法:保护自然栖息地因此,它们可能会向城市和农业地区的人类靠拢。通过分析蝙蝠的行为、分布、繁殖和食物供应的数据,以及气候、栖息地丧失和其他环境条件的记录,该研究能够预测亨德拉病毒(一种可能对人类致命的疾病)何时会从果蝠蔓延到马,然后蔓延到人。研究人员发现,在冬季它们的自然栖息地食物丰富的年份,蝙蝠从农业区搬到了原始森林中觅食,并远离了人类社区。第二篇论文发表在《生态学通讯》上,利用《自然》研究的数据揭示了蝙蝠排泄更多或更少病毒的生态条件。虽然以前的研究显示了栖息地的丧失和病原体溢出的发生之间的相关性,但这些研究一起首次揭示了此类事件的机制,并提供了预测和预防的方法。SARS-CoV-2、SARS-CoV-1、Nipah、Hendra以及可能的Ebola都是病毒从蝙蝠溢出到人类的致命例子,有时是通过中间宿主传播之后。在人类中,亨德拉病毒的致死率为57%,尼帕病毒的致死率可高达100%--尽管在人类中的传播效率很低。康奈尔大学公共和生态系统健康系教授、两项研究的高级作者RainaPlowright说:"现在,全世界都在关注我们如何能够阻止下一次大流行病。不幸的是,保护或恢复自然很少是讨论的一部分。我们希望这篇论文能将预防和基于自然的解决方案带到对话的最前沿。"Plowright及其同事正在调查这项研究中发现的基本机制是否适用于其他病原体从野生动物蔓延到人类的例子。在研究中,研究人员开发了1996年至2020年澳大利亚亚热带地区的数据集,描述了果蝠种群的位置和规模、它们觅食的地貌、气候和厄尔尼诺事件、食物短缺的年份、蝙蝠繁殖率、蝙蝠进入康复设施的记录、冬季提供花蜜的森林的栖息地损失,以及现有冬季森林的开花年份。科学家们随后创建了计算机模型(称为贝叶斯网络模型)来分析这些数据,他们发现有两个因素推动了溢出效应:栖息地的丧失将动物推向农业区和气候引起的食物短缺。在厄尔尼诺事件(太平洋的高温)发生后的几年里,蝙蝠赖以采蜜的树木的花蕾在随后的冬季未能开花,导致了他们的群体性食物短缺。人类为了农田和城市发展而破坏森林栖息地,使得在冬季为蝙蝠生产花蜜的森林很少。由于食物匮乏,大量的蝙蝠群体分裂成较小的群体迁移到农业和城市地区,那里的杂草物种和无花果、芒果和遮荫树提供了庇护所和可靠但不太营养的食物来源,而不是花蜜。当因缺乏食物而受到压力时,很少有蝙蝠成功地养育它们的幼崽。根据《生态学通讯》的论文,它们也传播了病毒,可能是因为它们需要通过引导能量离开它们的免疫系统来保存能量。此外,迁往新的冬季栖息地的蝙蝠,如农业区,比传统冬季栖息地的蝙蝠散布更多的病毒。在农业地区,当尿液和粪便掉到马匹吃草的地上时,病原体可能会传播,导致亨德拉病毒感染。马匹作为中间人,偶尔会将病毒传播给人。令他们惊讶的是,Plowright及其同事发现,当剩余的桉树群在冬季开花时,大量的蝙蝠会涌向这些地区。在这些开花事件中,病原体溢出马上就完全停止了。"我们把这些数据放到网络模型中,发现我们可以根据气候、食物的可用性和蝙蝠的位置来预测溢出的集群,"普罗莱特说。"我们表明,当剩余的栖息地产生食物时,溢出就会停止,因此,停止这些事件的可持续方式可能是保护和恢复关键栖息地。"自2003年以来,研究人员注意到大型游牧栖息地逐渐减少,而在农业和城市地区出现了许多较小的栖息地,在研究期间增加了5倍。蝙蝠越来越少地大量返回它们不断缩小的原生栖息地。这可能是因为在冬季提供花蜜的森林已经被广泛地砍伐了。...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1337747.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1337747.htm

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研究发现给蝙蝠“献花”可能可以有效阻止大流行病的发生

研究发现给蝙蝠“献花”可能可以有效阻止大流行病的发生这项研究讲述了一个故事,即为什么保护蝙蝠是很重要的,因为它们在使人类接触到新型病毒方面获得了某种不公平的恶评。在一天结束时,我们实际上影响了彼此在健康环境中生活的能力。这是一个被称为"一个健康"的概念的一部分,它着眼于植物和动物的福祉对公共健康的重要性--正如我们去年在美国看到的那样,人们爆发的沙门氏菌与生病的野生鸣禽有关。今天发表的新研究显示了"一个健康"是如何在澳大利亚的蝙蝠身上发挥作用的。这可能有助于确定防止疾病通过一种叫做"溢出"的现象传播的方法,当病毒从一个物种跳到另一个物种时。康奈尔大学的教授、该研究的作者之一RainaPlowright说:"我们希望能够让储能宿主[又称蝙蝠]保持快乐,有足够的食物吃,免受压力,[以]确保我们不会看到亨德拉病毒溢出这样的事件。"幸运的是,亨德拉病毒感染仍然是罕见的。在人类中,它可能看起来像流感,但也可能是致命的,因为它影响身体的呼吸和神经系统。自从1994年在澳大利亚首次在人类身上发现这种病毒以来,七个感染者中有四个已经死亡。他们因治疗或处理病马或死马而接触到该病毒,而这些病马之前又从蝙蝠那里获得了病毒。已经有80多例马匹死于亨德拉病毒的记录,尽管现在已经有了一种疫苗。世界卫生组织说医学界正在研究用单克隆抗体对人类进行治疗。一只黑线飞狐(Pteropusalecto)挂在澳大利亚昆士兰州一个城市飞狐栖息地的树枝上虽然现在没有必要对亨德拉病毒感到恐慌,但这项研究让我们对蝙蝠、马和人类之间的相互作用有了更大的了解,这样我们就有可能预先阻止一种更令人担忧的病毒沿着与亨德拉相似的途径从动物到人。亨德拉不容易在人与人之间传播,但是如果有一种相关的病毒具有很高的死亡率和在人与人之间有效传播的能力--"并且这种病毒被从自然界赶到人类身上,那么这将是一场灾难,"Plowright说。为了进行研究,Plowright和她的同事们分析了1996年至2020年期间关于蝙蝠行为、环境变化以及澳大利亚亨德拉病毒从蝙蝠蔓延到马身上的案例的25年数据。他们研究了被称为"飞狐"的果蝠,这些果蝠对非洲大陆有一项极其重要的工作要做。像蜜蜂一样,它们是以花蜜为食的传粉者。"Plowright告描述了这些蝙蝠在进食后的明亮的黄色面孔。"它们的整个脸都浸泡在这些花中,被花粉覆盖,看上去感觉非常美妙。"蝙蝠可以在一夜之间旅行数百公里,将花粉传播到很远的地方。这对于维持被人类发展砍伐的零散森林至关重要。"Plowright说:"[它们]确保这些森林保持遗传多样性和弹性,特别是在我们改变气候的时候。它们确实是唯一能够在大范围内保持这种复原力的动物。"然而,蝙蝠的复原力已经受到越来越多的考验--这对人类居住区有影响。亨德拉病毒不会在蝙蝠身上导致明显的疾病,而且据信在蝙蝠种群中流通的时间甚至比欧洲人占领澳大利亚的时间还要长。直到2000年,亨德拉病毒的外溢性才迅速增加,这与更多的森林砍伐和蝙蝠的食物短缺恶化相吻合。这些食物短缺推动了亨德拉病毒溢出的集群,特别是在冬季。它始于栖息地的丧失和气候变化使蝙蝠的首选食物:鲜花变得更加稀缺。新的研究发现,这些力量促使蝙蝠变得不再过游牧生活,而是选择在农业附近持续栖息,以获得更稳定的食物来源。当蝙蝠在马匹吃草的地方进食时,它给病毒提供了从蝙蝠的粪便和唾液中跳到马匹身上的机会。记录这种行为建立在越来越多的证据之上,即森林砍伐和气候变化提高了病毒溢出的风险。不过,他们的发现中还是有一个惊喜。研究人员发现,在罕见的冬季开花事件中,由于蝙蝠离开它们在人类和马匹附近的栖息地去寻找它们最喜欢的食物,病毒外溢几乎消失了。"Plowright说:"如果有冬季开花,那么我们出现溢出的可能性几乎为零。当我们系统地观察这些数据时,它是惊人的。"这对普洛莱特来说是一线希望。为蝙蝠提供一个栖息地,使它们总是有食物,我们就不必太担心它们或它们可能携带的任何病毒,以至于成为我们讨厌的邻居。这可能看起来就像种植一些树木,这些树木产生的花朵比它们在农田或城市地区可能找到的花朵更受蝙蝠的喜爱。她说:"我们有这个潜在的相当简单的解决方案。它是可以实现的,它是可以扩展的,它的实施成本并不高。人们有热情去做这件事"。"...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1333017.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1333017.htm

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大流行病的无形影响: 青少年心理健康突发事件呈上升趋势

大流行病的无形影响:青少年心理健康突发事件呈上升趋势这项研究由哈佛大学医学院医学博士候选人LindsayOverhage和哈佛大学医学院HenryJ.Kaiser健康政策教授HaidenHuskamp博士共同领导。Overhage、Huskamp和他们的团队分析了全国5至17岁儿童在以下时期的匿名商业健康保险索赔:基线年:2019年3月至2020年2月大流行的第一年2020年3月至2021年2月大流行第二年2021年3月至2022年2月研究人员将与精神健康相关的急诊就诊定义为以精神健康状况为主要诊断的就诊。然后,研究人员对诊断进行了分类,包括抑郁症、自杀意念、自杀未遂或自伤、焦虑症和饮食失调。不包括主要诊断为药物使用障碍的就诊。根据这些数据,研究人员确定了88665次与精神健康相关的急诊就诊。与大流行前的基线年相比,在大流行的第一年,至少有一次心理健康就诊的青少年比例下降了17.3%。相比之下,在大流行的第二年,接受过一次心理健康就诊的青少年比例比基线年增加了6.7%。在同一年多次就诊的青少年比例在不同时期保持相似。进一步的分析表明,不同年龄和性别之间存在显著差异。与基线年相比,大流行第二年与精神健康相关的急诊就诊人数在少女(13至17岁)中增加了22.1%,而在5至12岁的男孩中减少了15.0%,在少男(13至17岁)中减少了9.0%。数据还显示,在特定的诊断类别中,女孩的就诊率大幅上升。例如,在大流行的第二年,女孩中因自杀意念、自杀未遂或自伤而就诊的人数增加了43.6%,因饮食失调而就诊的人数增加了120.4%。在男孩中,与心理健康相关的就诊人次在大流行的两年中都有所减少或保持不变。研究人员指出,这些发现与其他研究一致,表明大流行对女孩的心理健康造成了更大的伤害。在大流行期间,精神科住院人数也有所增加。与基线年相比,在与精神健康相关的急诊就诊后,青少年更有可能接受精神科住院治疗,而且在大流行的两年中,住院时间也更长。重要的是,在这两年的大流行期间,青少年更有可能在医疗单位度过两个或两个以上的夜晚,等待入住精神科,研究人员将这种做法称为"长期寄宿"。与基线年相比,大流行第一年的长期寄宿率增加了27.1%,第二年增加了76.4%。在大流行的第二年,13至17岁青少年中的增幅尤其高(87.2%)。研究人员认为,长期寄宿人数增加可能有两个原因:需求增加和能力下降。换句话说,需要紧急心理健康护理的儿童越来越多,但能满足这些需求的精神科住院病床和合格的工作人员却越来越少。研究人员指出,这强调了扩大青少年精神科服务能力的重要性。虽然这项研究只关注购买了商业保险的青少年,但研究结果却揭示了儿童和青少年对适当的、反应迅速的心理健康护理的广泛需求。研究人员建议,教育和支持初级医疗服务提供者提供心理健康护理,有助于在青少年需要更急迫的医院护理之前解决他们的心理健康问题。同时,他们还指出,支持现有的心理健康医疗服务提供者和增加合格员工的渠道是解决医疗服务提供者短缺问题的关键步骤。...PC版:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1373503.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1373503.htm

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研究:气候暖化恐致海洋生物灭绝 引发另一场大流行病

研究:气候暖化恐致海洋生物灭绝引发另一场大流行病(早报讯)美国研究员说,如果人类无法遏制温室气体排放量持续上升,到了2300年,海洋生物恐面临大规模灭绝的浩劫。苏格兰的另一项研究则警告,气候变化将促使一些动物迁移到较凉爽的地区,它们与其他物种的首次接触将大大提高人类感染新病毒,进而引发另一场大流行病的风险。法新社报道,分别来自华盛顿大学和普林斯顿大学的论文作者佩恩(JustinPenn)和多伊奇(CurtisDeutsch)利用生态生理学模型,通过对海洋的温度和氧气水平的预测来衡量物种的物理极限,并得出一个令人震惊的结果——如果气候继续变暖,全球海洋生态系统可能会经历与二叠纪末期灭绝事件相当的大规模灭绝,也就是所谓的“大死亡”(GreatDying)。这份报告于周四(4月28日)发布。另据苏格兰水域专业技术中心(CREW)在周二发布的一份报告,气候变化将促使一些动物迁移到较凉爽的地区,它们与其他物种的首次接触将大大提高人类感染新病毒,进而引发另一场大流行病的风险。目前在野生动物中传播的病毒当中,有至少1万种可能感染人类。根据该报告,如果全球气温持续上升,导致这些原本大多在热带森林的动物放弃它们的原生栖息地,并在迁徙时首次接触到其他物种,到了2070年,就会出现至少1万5000起新病毒传给另一个物种的事件。可能出现这种情况的热点包括印度、中国东部、印度尼西亚、菲律宾和欧洲一些人口中心。发布:2022年4月29日12:06PM

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世卫大会修订国际卫生条例加强大流行病应对能力世界卫生大会1日通过一揽子《国际卫生条例(2005)》修正案,以确保所有国家建立起全面、健全的公共卫生制度,加强全球对大流行病等突发公共卫生事件的防范、监测和应对能力。本次修正案引入“大流行病突发事件”的定义,旨在促进更有效的国际合作,以应对有可能成为或已经成为大流行病的事件。世界卫生组织说,“大流行病突发事件”定义建立在现有《国际卫生条例(2005)》机制基础之上,代表更高级别的警报。(新华社)

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