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科學(xué)家希望創(chuàng)建AI虛擬細(xì)胞

來源：泰然健康網(wǎng) 時間：2025年06月01日 07:05

Scientists want to create an AI virtual cell

美國英語科技

新聞源：THE WEEK

2025-01-17 15:00:00閱讀時長2分鐘917字

AI虛擬細(xì)胞生成式AI細(xì)胞研究醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)公共健康計算生物學(xué)基因表達(dá)人工智能生物工程多尺度模型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)細(xì)胞機(jī)制跨學(xué)科合作隱性偏見物種偏見

科學(xué)家們希望通過生成式AI來簡化細(xì)胞研究，創(chuàng)建一種能夠像真實(shí)細(xì)胞一樣對刺激作出反應(yīng)的AI虛擬細(xì)胞。這將允許研究人員在計算機(jī)上而不是活體細(xì)胞上進(jìn)行醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)，從而提高研究的效率和降低成本。

生物學(xué)的語言

提高對細(xì)胞的理解可能對公共健康產(chǎn)生重大影響。然而，《大西洋月刊》指出：“在這個微觀領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)往往是一種猜測；即使成功也常常令人困惑?！笨▋?nèi)基梅隆大學(xué)計算生物學(xué)教授兼AI驅(qū)動生物醫(yī)學(xué)研究中心主任Jian Ma在接受《華盛頓郵報》采訪時解釋說，不同的細(xì)胞類型對不同的刺激（如藥物和疾病）有不同的反應(yīng)，“每種細(xì)胞類型——無論是神經(jīng)元、肌肉細(xì)胞還是皮膚細(xì)胞——表達(dá)一組獨(dú)特的基因”。

由于細(xì)胞的復(fù)雜性，細(xì)胞研究通常需要很長時間，但卡內(nèi)基梅隆大學(xué)計算機(jī)科學(xué)家、穆罕默德·本·扎耶德人工智能大學(xué)校長Eric Xing表示，利用人工智能“解碼并說出生物學(xué)的語言”可以加快這一過程。

技術(shù)提供的機(jī)遇

《細(xì)胞》雜志的一篇文章指出，現(xiàn)代技術(shù)提供了“開創(chuàng)性的機(jī)會，可以通過多尺度、多模態(tài)大型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型來創(chuàng)建AI虛擬細(xì)胞，這種模型可以代表和模擬分子、細(xì)胞和組織在不同狀態(tài)下的行為”。AI模型甚至有可能模擬整個器官。

然而，要使AI細(xì)胞模型被認(rèn)為是成功的，它需要“賦能研究人員在不同物種和細(xì)胞類型之間創(chuàng)建通用表示”，并且“準(zhǔn)確預(yù)測細(xì)胞功能、行為和動力學(xué)，理解細(xì)胞機(jī)制”，斯坦福大學(xué)表示。此外，它還需要在計算機(jī)上以更高的速度和更低的成本進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，而不僅僅是實(shí)際細(xì)胞。

巨大的項目

盡管技術(shù)正在迅速發(fā)展，但創(chuàng)建AI細(xì)胞仍然是一項艱巨的任務(wù)。它需要將多個不同生物功能的基礎(chǔ)模型整合到一個模型中?！翱茖W(xué)家們還沒有弄清楚所有必要的模型，更不用說如何組裝它們了”，《大西洋月刊》報道。實(shí)際上，這是一個“巨大的項目，類似于基因組項目，需要跨學(xué)科、行業(yè)和國家的合作，我們理解完全功能的模型可能需要十年或更長時間才能可用”，斯坦福大學(xué)生物工程和病理學(xué)副教授Emma Lundberg說道，她也是《細(xì)胞》文章的高級作者。

雖然這項技術(shù)有明顯的益處，但生成式AI也有其缺點(diǎn)。研究表明，它可能會強(qiáng)化人類的隱性偏見，尤其是在性別和種族方面?！皝碜匀祟惡湍Ｐ蜕铮ㄈ缧∈蠛痛竽c桿菌）的數(shù)據(jù)在序列和文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫中存在不平等的代表性，這些數(shù)據(jù)用于訓(xùn)練時會編碼強(qiáng)烈的物種偏見”，《細(xì)胞》文章指出?！捌渌姡缭谛詣e、特定疾病或人類祖先群體方面的偏見，也可能降低[AI虛擬細(xì)胞]模型的影響”。

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