6月2日，2022北京智源大會(huì)AI賦能生命健康專題論壇成功召開，AIR聶再清教授、許錦波教授、彭健教授均線上出席演講。生命健康關(guān)系著國(guó)計(jì)民生，是人工智能技術(shù)交叉落地最重要的領(lǐng)域之一。生命健康領(lǐng)域覆蓋面非常廣，從未知疾病預(yù)警、新藥開發(fā)，到老藥新用、輔助診斷、醫(yī)療影像、智能手術(shù)機(jī)器人，很多方向都有AI的用武之地。除了上述三位AIR的教授外，本次論壇還邀請(qǐng)到了加州大學(xué)圣巴巴拉分校計(jì)算機(jī)系助理教授李磊，加拿大MILA實(shí)驗(yàn)室助理教授唐建，星藥科技創(chuàng)始人&CEO李成濤以及智源健康計(jì)算中心負(fù)責(zé)人黃文灝、葉啟威，智源青年科學(xué)家袁洋等，為大家介紹在AI+生命健康領(lǐng)域最新前沿進(jìn)展。

“引導(dǎo)合理膳食”是“健康中國(guó) 2030”規(guī)劃目標(biāo)之一。2020年《中國(guó)居民營(yíng)養(yǎng)與慢性病狀況報(bào)告》顯示，我國(guó)超重及肥胖癥、糖尿病患者數(shù)量全球第一，其中不合理的飲食方案與膳食模式是造成這一系列問題的主要原因。（資料來源：https://www.who.int/zh/news-room/fact-sheets/detail/healthy-diet）

隨著智能手機(jī)、可穿戴設(shè)備的發(fā)展，個(gè)性化健康數(shù)據(jù)與行為數(shù)據(jù)的采集也更加方便。如何更好地利用多維度健康數(shù)據(jù)，融合營(yíng)養(yǎng)健康知識(shí)進(jìn)行“數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的個(gè)性化營(yíng)養(yǎng)健康管理”是聶再清教授帶領(lǐng)的DAIR Lab（AIR大數(shù)據(jù)智能實(shí)驗(yàn)室）所關(guān)注解決的的核心問題之一。

DAIR-Health: 個(gè)性化營(yíng)養(yǎng)健康管理框架

當(dāng)前，“數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的個(gè)性化營(yíng)養(yǎng)健康管理”面臨著一系列技術(shù)挑戰(zhàn)。首先是缺乏專業(yè)的營(yíng)養(yǎng)健康知識(shí)圖譜，知識(shí)圖譜是數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)健康管理的“大腦”，其數(shù)據(jù)豐富和專業(yè)程度決定了“大腦”輸出的準(zhǔn)確程度和推理的廣度；其次，健康領(lǐng)域高價(jià)值數(shù)據(jù)缺失，使得針對(duì)營(yíng)養(yǎng)健康場(chǎng)景的模型訓(xùn)練難度大、外推能力受限；最后個(gè)性化營(yíng)養(yǎng)健康算法對(duì)可解釋性要求高。針對(duì)上述挑戰(zhàn)，DAIR Lab提出了DAIR-Health個(gè)性化營(yíng)養(yǎng)健康管理技術(shù)框架，包含“營(yíng)養(yǎng)健康知識(shí)挖掘”、“針對(duì)營(yíng)養(yǎng)健康場(chǎng)景的檢索增強(qiáng)預(yù)訓(xùn)練模型”以及“面向營(yíng)養(yǎng)健康管理的可解釋個(gè)性化推薦”核心模塊。

個(gè)性化營(yíng)養(yǎng)健康管理框架

個(gè)性化營(yíng)養(yǎng)健康管理框架的核心是營(yíng)養(yǎng)健康知識(shí)圖譜，目前營(yíng)養(yǎng)健康領(lǐng)域正缺乏一個(gè)大規(guī)模且專業(yè)的營(yíng)養(yǎng)健康知識(shí)圖譜，且面臨如下挑戰(zhàn)：

高質(zhì)量的標(biāo)注數(shù)據(jù)有限，而人工標(biāo)注成本高、周期長(zhǎng)，難以跟上知識(shí)更新迭代；

預(yù)訓(xùn)練模型+Prompt Tuning類的算法表現(xiàn)依賴提示模板，模板手動(dòng)設(shè)計(jì)耗時(shí)耗力，且僅提供一種模板難以應(yīng)對(duì)復(fù)雜語(yǔ)境變化，研究人員不能高效憑經(jīng)驗(yàn)判斷哪個(gè)模板更有效。

因此，聶再清教授提出融合了Snowball思想的Prompt-Snowball模型解決在構(gòu)建大規(guī)模營(yíng)養(yǎng)健康知識(shí)圖譜過程中專業(yè)人員標(biāo)注成本高和周期長(zhǎng)的問題。將少量標(biāo)注數(shù)據(jù)作為種子知識(shí)，自動(dòng)挖掘多個(gè)提示模板用以識(shí)別實(shí)體知識(shí)，確認(rèn)的實(shí)體知識(shí)又可以用來作為種子知識(shí)。Prompt-Snowball不僅能夠減少人工標(biāo)注，減輕手動(dòng)設(shè)計(jì)提示模板的限制，還可以發(fā)掘不具有完整自然語(yǔ)義但有效的提示模板。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該方法可大幅提升小樣本學(xué)習(xí)場(chǎng)景下關(guān)系抽取性能。

營(yíng)養(yǎng)健康知識(shí)挖掘

針對(duì)當(dāng)前營(yíng)養(yǎng)健康場(chǎng)景下的預(yù)訓(xùn)練模型面臨的痛點(diǎn)和問題，聶教授團(tuán)隊(duì)認(rèn)為檢索增強(qiáng)的預(yù)訓(xùn)練模型范式在營(yíng)養(yǎng)健康場(chǎng)景下具有很大的應(yīng)用潛力。首先，其可以動(dòng)態(tài)檢索支撐材料的特性，可以支持知識(shí)的隨時(shí)更新，且低頻高價(jià)值樣本也不會(huì)被淹沒。其次，可以利用遠(yuǎn)程監(jiān)督技術(shù)對(duì)支撐材料進(jìn)行富標(biāo)注，來暴露規(guī)則。最后，模型檢索到的支撐材料及模型給出的重要度可以用來作為解釋，可以更好滿足營(yíng)養(yǎng)健康場(chǎng)景下對(duì)于可解釋性的需求。將知識(shí)圖譜與文本庫(kù)引入預(yù)訓(xùn)練模型，能夠豐富模型的標(biāo)注樣本庫(kù)，未來研究團(tuán)隊(duì)還會(huì)考慮將醫(yī)療圖像等信息引入，進(jìn)行多模態(tài)增強(qiáng)。

針對(duì)營(yíng)養(yǎng)健康場(chǎng)景的檢索增強(qiáng)預(yù)訓(xùn)練模型

面向營(yíng)養(yǎng)健康管理的可解釋個(gè)性化推薦

當(dāng)前營(yíng)養(yǎng)健康推薦場(chǎng)景，更多是“迎合式”推薦，并未考慮推薦是否真正健康和適合。Nutrition Knowledge Graph Attention Network (NKGAT)，通過構(gòu)造飲食異質(zhì)信息網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合營(yíng)養(yǎng)健康知識(shí)圖譜內(nèi)的菜品關(guān)聯(lián)和用戶興趣（用戶歷史建模），從食品營(yíng)養(yǎng)成分出發(fā)建模用戶個(gè)性化的偏好和健康評(píng)分，充分考慮推薦過程中的營(yíng)養(yǎng)健康因素，避免迎合式的飲食推薦，提升用戶依從性。同時(shí)，可解釋營(yíng)養(yǎng)推薦還能夠基于圖譜提供推薦理由，兼顧透明性融合用戶偏好和營(yíng)養(yǎng)健康。

面向營(yíng)養(yǎng)健康管理的可解釋個(gè)性化推薦

中國(guó)飲食營(yíng)養(yǎng)健康知識(shí)圖譜NutritionKG

依托技術(shù)框架內(nèi)的核心技術(shù)，聶教授在本次大會(huì)上發(fā)布了中國(guó)飲食營(yíng)養(yǎng)健康知識(shí)圖譜“NutritionKG”（圖譜地址：http://health.baai.ac.cn/thudair/）。該圖譜由“清華（AIR）-智源健康計(jì)算聯(lián)合研究中心”與美團(tuán)、國(guó)家衛(wèi)健委科學(xué)技術(shù)研究所、北大第一醫(yī)院婦產(chǎn)科聯(lián)合研發(fā)，包含三萬多實(shí)體，千萬級(jí)別的關(guān)系數(shù)量，對(duì)復(fù)雜的中國(guó)飲食進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)計(jì)算，通過整合大數(shù)據(jù)知識(shí)賦予其營(yíng)養(yǎng)健康標(biāo)簽。NutritionKG中+V菜品特別由美團(tuán)聯(lián)合衛(wèi)健委營(yíng)養(yǎng)專家進(jìn)行權(quán)威標(biāo)注，提供具有專家建議的精準(zhǔn)標(biāo)簽。

“清華（AIR）-智源健康計(jì)算聯(lián)合研究中心”與北京大學(xué)第一醫(yī)院婦產(chǎn)科楊慧霞教授團(tuán)隊(duì)合作開展，探索“AI輔助孕期飲食營(yíng)養(yǎng)健康管理”的示范性應(yīng)用，開發(fā)孕期營(yíng)養(yǎng)健康管理應(yīng)用 “智護(hù)母嬰”。該應(yīng)用基于DOHaD理論，用AI輔助從早孕期開始強(qiáng)化生活方式干預(yù)對(duì)母體及子代生長(zhǎng)發(fā)育的影響。DOHaD理論表明生命早期的1000天是影響嬰兒健康成長(zhǎng)以及未來全生命周期健康的關(guān)鍵階段，攝取合理的營(yíng)養(yǎng)對(duì)孕婦自身的健康以及嬰兒的健康成長(zhǎng)和發(fā)育至關(guān)重要。

“智護(hù)母嬰”的主要功能有：

滿足精準(zhǔn)營(yíng)養(yǎng)的智能菜品推薦?；贜utritionKG和個(gè)性化推薦技術(shù)，根據(jù)孕產(chǎn)婦的個(gè)人健康數(shù)據(jù)、生活習(xí)慣等，依據(jù)《妊娠合并糖尿病實(shí)用手冊(cè)》等專業(yè)醫(yī)學(xué)指導(dǎo)，為孕產(chǎn)婦推薦滿足營(yíng)養(yǎng)攝入需求和個(gè)性化口味的菜品組合。

精準(zhǔn)營(yíng)養(yǎng)管理。根據(jù)用戶的飲食打卡，自動(dòng)計(jì)算熱量及6大營(yíng)養(yǎng)成分?jǐn)z入，幫助用戶進(jìn)行更精準(zhǔn)的營(yíng)養(yǎng)管理。

孕育科普宣傳。提供科學(xué)權(quán)威的孕育知識(shí)，為母嬰人群提供專業(yè)知識(shí)科普。

特別感謝

以上工作要特別感謝團(tuán)隊(duì)成員及合作單位的大力支持，他們分別是：

清華大學(xué)智能產(chǎn)業(yè)研究院（AIR）團(tuán)隊(duì)成員：聶再清、張嘉歡、馬為之、李鵬、黃婷婷、劉洋、馬維英；

北京智源人工智能研究院團(tuán)隊(duì)成員：張學(xué)豐、史業(yè)民、黃文灝；

合作單位：國(guó)家衛(wèi)健委科學(xué)技術(shù)研究所，北京大學(xué)第一醫(yī)院楊慧霞教授團(tuán)隊(duì)，美團(tuán)外賣團(tuán)隊(duì)

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