参考封面|吃什么更健康?人工智能告诉你

参考消息网3月17日报道 美国《新闻周刊》3月17日发表题为《忘掉那些流行减肥法吧,人工智能精准地知道你应该吃什么才能最好地保持健康》的文章,作者是亚当·皮奥里。全文摘编如下:

我在大学里认识一个人,他可以一碗接一碗地吃冰淇淋,但不会对他的六块腹肌有明显影响。打那以后,我一直在想,有什么甜点我吃了之后第二天上秤不会后悔。营养学近来取得的进展正在一点点接近我的无限甜点梦。

长期以来,科学家和普通人都非常清楚,每个人对同一种食物或饮食方案的反应是不同的。多年来,科学家们一直在探究如何利用这些特质,以改善健康,避免心脏病、肥胖和糖尿病等常见疾病的发生,并帮助人们减重。

过去,人们认为或许是基因导致这样的个体差异。但经过多年对基因的研究,科学家们现在认识到,单靠基因无法解释人体与食物之间的复杂关系。饮食和健康涉及基因和许多其他因素,包括睡眠、锻炼、压力和其他生活习惯。影响最大的因素之一——也许就是最大的因素——是生活在每个人肠道中的数万亿个微生物群落,称为微生物组。

这是个好消息,我们虽然不能改变基因,但可以培养健康的肠道细菌,改变用餐时间,调整饮食和生活习惯,从而优化代谢健康。

如果没有人工智能的最新进展,这或许会是一场数据噩梦。名为机器学习的人工智能,它能够在海量的数据中发现规律。评估每个人健康状况所需要的所有测量结果。

开启个性化营养时代

这项科学的目标是开启个性化营养时代,将对人类健康产生潜在的深远影响。一批创业公司正在将最近的研究结果应用在新的健康产品上。他们提供个人饮食偏好的自我测试和机器学习评估,然后就如何调整饮食和生活方式提出建议。但问题在于,饮食和代谢的相互作用在不同的个体身上是如此复杂,科学家们需要更多的数据才能把人体健康的方方面面都考量进去。

新的营养科学来得正当其时。糖尿病、肥胖和代谢紊乱疾病的发病率已达到前所未有的水平,并且还在继续上升。大约9%的美国人患有糖尿病。另有33%的美国人是糖尿病前期,这意味着他们的身体已经严重失调,无法再适当控制血液中循环的糖分。2017年至2020年,美国的肥胖率从30.5%增加到近42%,这使数百万人患代谢综合征的风险大大增加。

有人说,个性化营养是降低这些数字的最佳机会。在2010年前后,美国圣路易斯华盛顿大学遗传学家杰弗里·戈登证明,与瘦人相比,肥胖者某些肠道细菌水平异常低,而通过饮食可以扭转这种情况。

精准控制“代谢”危机

2015年,另一块关键的拼图出现了。以色列魏茨曼科学研究所的一个研究小组在《细胞》杂志上发表了一篇爆炸性的科学论文,对营养学领域最广泛使用的工具之一——升糖指数——提出质疑。升糖指数衡量的是食物中的天然碳水化合物被人体转化为葡萄糖并释放到血液中所需要的时间。该指数基于上世纪七八十年代在一小群受试者中采集并平均得出的读数,几十年来一直是评价食物营养质量的核心指标。高升糖指数的食物被认为会导致血糖水平迅速升高,久而久之就会增加罹患糖尿病和其他一系列代谢疾病的风险。

魏茨曼研究所的科学家以更深入和更严谨的方式重复了这项实验,应用了现代科学的所有工具。研究结果令人震惊。一方面,研究人员证明了每顿饭在每个人身上产生的个体反应差异很大,这让人们对广泛使用的升糖指数的效果产生怀疑。同时,研究人员展示了一种更有效的评估食物营养质量的方法:使用机器学习算法在大量营养数据中发现规律。他们的算法能够分析个体的餐后反应、身体活动的测量数据、过去24小时摄入的纤维量以及肠道中的72种不同细菌,从而对不同个体对特定餐食的血糖反应作出更准确的预测。

这对人类健康和预防医学可能产生深远的影响。现在有了一种强大的方法对每个人的一系列重要代谢过程进行测量,并提出改进的方法。这篇论文的主要作者、以色列胃肠病学家埃兰·埃利纳夫说:“人类有2万个基因,定义了我们是谁,这些基因当然极其重要,但无法改变。但微生物组对人体而言是基因数量的百倍以上,接近300万个。微生物组比人类基因更容易操控。微生物组的成分是可以改变的。”

这一发现对公共卫生有重大影响。

公共卫生专家现在乐观地认为,“精确营养”可以通过减少不必要的血糖峰值和其他致病因素来帮助控制这一危机。斯坦福大学的遗传学家迈克尔·斯奈德说:“近年来糖尿病发病率急剧上升。与影响全球的新冠大流行相比,糖尿病作为一种流行病在某些地区传播更广。因此控制血糖是一件大事。”

个体差异仍待了解

除了影响血糖之外,其他研究表明,微生物组等其他因素可以影响我们吸收特定营养成分、代谢脂肪和其他多种因素的能力。在过去十年里,研究人员鉴别了数十种肠道细菌,发现这些细菌可以帮助分解肠道中的食物,并将其转化为营养成分、传递信息的化学物质和其他有益的代谢产物,而这些成分靠身体自身很难吸收。

他们还发现了“坏”微生物,它们会产生不利于代谢健康的有害副产品。研究表明,其中一些可能对基本代谢过程产生深远影响。例如,最近埃默里大学的研究人员发现了一种由肠道细菌产生的“促进肥胖”的化学物质缬草甜菜碱(VB),似乎会干扰肝脏在非进食期间氧化脂肪酸和燃烧脂肪的能力。研究人员发现,体重指数在30以上的肥胖者,其血液中的VB水平比其他人高40%左右。也许最重要的是,在过去十年里,提供个性化营养测试和建议的公司数量从不到20家增长到如今的近700家。据估计,“个性化营养产业”的规模超过80亿美元。

不过,与计算机程序一样,算法的好坏取决于输入的数据。科学家说,究竟是什么因素导致了个体的新陈代谢差异,还有很多有待了解。虽然科学家已经对遗传学、微生物组、睡眠和运动模式等变量有所了解,但对于大量变量之间的相互作用,科学家们只是刚刚开始了解。

根据目前的发展轨迹,这项科学很可能会得到不断改进。例如,有越来越多的证据表明,由于过去接触病原体而形成的每个人免疫系统的独特特征,在一定程度上影响了个体的代谢差异。在最近的一项实验中,斯奈德和他的同事们发现,饮用某个品牌的原味代餐奶昔在一些人身上引发了抗炎反应(这是好的),在另一些人身上引发了促炎反应(通常不好)。在最近进行的另一项研究中,斯奈德证明,某些类型的纤维降低了一些人的胆固醇,帮助他们代谢葡萄糖,而在另一些人身上,同样的纤维会导致炎症、特定肝酶的释放和胃肠胀气。现有的研究表明,一刀切式的通用营养指南反而会导致一些人采取不利于自身健康的饮食。

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