近日，世界互聯(lián)網(wǎng)大會人工智能專委會，召開了“人工智能賦能科學(xué)研究研討會”，與會專家一致認為，人工智能技術(shù)的發(fā)展正深刻改變著科學(xué)研究的方法和手段，過去形成的科研壁壘，在AI面前正逐漸消失。而“人工智能驅(qū)動的科學(xué)研究”有望成為我國科研突破的重大機遇。
機遇與突破
AI賦能科學(xué)研究
專家認為，我國在互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展上有豐富的經(jīng)驗，還擁有龐大的數(shù)據(jù)體量、多樣化的應(yīng)用場景，以及良好的工程技術(shù)教育，這些都為AI與科學(xué)的深度融合提供了有力支撐，也為我國成為世界主要科學(xué)中心和創(chuàng)新高地提供了新的機遇。
中國工程院院士 王堅：我個人覺得是非常大的機遇，因為它本質(zhì)的問題是過去形成的科學(xué)研究的方法、國內(nèi)外的壁壘，在一個新的技術(shù)面前就會發(fā)生一次非常大的變化。從某種意義上講，在這一次變革當(dāng)中，大家又拉到了同一條起跑線上。
中國新一代人工智能發(fā)展戰(zhàn)略研究院執(zhí)行院長 龔克：我覺得要突破過去的在我們?nèi)瞬庞^里陳舊的觀念。第一要突破資歷的觀念，我們在人工智能看到的是一批血氣方剛的年輕人，他們是真正驅(qū)動人工智能向前發(fā)展的重要人才。另外就是我們根深蒂固的是學(xué)科人才觀念，非常狹義看待人才的觀念，在人工智能時代不對了。人工智能作為一個革命性的工具，它帶來的最為重要的變化就是突破了這些界限，所以我們在人才吸引上，不能拘泥于過去這種學(xué)科邊界看人才。
AI融入科學(xué)研究帶來怎樣的變革？
你是否想象過，僅僅通過幾滴血，就能提前預(yù)知數(shù)百種疾病的潛在風(fēng)險？
2024年，復(fù)旦大學(xué)科研團隊?wèi){借“人類健康與疾病蛋白質(zhì)組圖譜”的突破性研究成果，讓這一夢想成為現(xiàn)實。在人工智能算法的助力下，醫(yī)生只需通過簡單的血漿蛋白組檢測，就能提前診斷和預(yù)測疾病。那么，這項疾病早篩技術(shù)究竟是如何實現(xiàn)的呢？
AI打造疾病早篩技術(shù)
幾滴血預(yù)測百種病
這幾天，復(fù)旦大學(xué)的科研團隊正在對“人類健康與疾病蛋白質(zhì)組圖譜”進行優(yōu)化和改進。據(jù)了解，這項研究最初只是針對阿爾茨海默病及其他類型癡呆，此前科研團隊利用大數(shù)據(jù)和人工智能算法，對近1500種血漿蛋白質(zhì)進行篩選分析，發(fā)現(xiàn)了11種可預(yù)測未來癡呆風(fēng)險的血漿蛋白質(zhì)。
復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科副主任 郁金泰：我們通過驗血發(fā)現(xiàn)，這些蛋白質(zhì)變化，用AI算出疾病苗頭，最早能提前15年發(fā)現(xiàn)阿爾茨海默病等疾病的跡象。就像蝴蝶從毛毛蟲變成了會飛的樣子，不是基因變了，而是蛋白質(zhì)表達不同。
這項科研成果迅速在世界醫(yī)學(xué)領(lǐng)域引發(fā)關(guān)注，還被《自然》雜志作為頭條新聞報道。然而，科研團隊并沒有止步于此，他們產(chǎn)生了一個大膽的想法：如果能把蛋白質(zhì)圖譜繪制得更加全面，是不是能分析出更多疾病和蛋白質(zhì)之間的關(guān)系呢？帶著這個想法，科研團隊又對5萬多人的血液樣本和跨越14年隨訪的醫(yī)療健康數(shù)據(jù)進行了分析，成功繪制出全球首張“人類健康與疾病蛋白質(zhì)組圖譜”，同時還開發(fā)出了一套人工智能算法模型。
復(fù)旦大學(xué)類腦智能科學(xué)與技術(shù)研究院研究員 程煒：過去醫(yī)生看化驗單只能看幾個指標，現(xiàn)在AI能同時分析上千個蛋白質(zhì)變化。就像是從沙堆中，精準確認金塊的位置，讓研究人員能看得更全更準。
據(jù)專家介紹，這項技術(shù)最大的特點就是“早發(fā)現(xiàn)、少花錢”，醫(yī)生通過檢測人體血液中近3000種蛋白質(zhì)的變化，再結(jié)合人工智能技術(shù)，就可以提前10余年預(yù)測心臟病、糖尿病、阿爾茨海默病等上百種疾病的患病風(fēng)險。
郁金泰：我們團隊正在研發(fā)快速檢測試劑盒，未來常規(guī)體檢只需加做幾十元的蛋白質(zhì)檢測，就能篩查重大疾病風(fēng)險。就像現(xiàn)在測血糖血壓一樣方便，特別適合需要定期體檢的中老年人群。
AI為藥物研發(fā)按下“快進鍵”
在人工智能技術(shù)的加持下，不僅能提前診斷和預(yù)測上百種疾病的患病風(fēng)險，而且還能全方位提升藥物的研發(fā)效率和質(zhì)量。在浙江杭州的良渚實驗室，有一支團隊就深度運用AI算法，讓藥物研發(fā)進程縮短至3到5年，促進了精準醫(yī)療，在與疾病的賽跑中有更多勝算。
在位于杭州的良渚實驗室，研究員沈?qū)幷退膱F隊一起通過人工智能算法工具，整合分析生物信息學(xué)數(shù)據(jù)，精準鎖定人體內(nèi)的什么異常導(dǎo)致了病癥。
在此之前，這個團隊就曾利用AI算法設(shè)計開發(fā)了一種用于治療兒童早衰癥的新藥物，在實驗中取得了非常好的療效。目前團隊正在積極尋求合作，努力推進臨床轉(zhuǎn)化。
浙江大學(xué)良渚實驗室研究員 沈?qū)帲?/strong>我們這個項目大概做了三年的時間，90%的時間其實是在臨床前的實驗。因為有了AI算法，我們的藥物設(shè)計是非?？焖俑咝У?。
據(jù)專家介紹，目前全世界已知罕見病有7000多種，但治療藥物非常少。通常一種藥物的研發(fā)從最初的靶點確定，到藥物篩選、臨床試驗，再到審批上市，不僅研發(fā)成本高，最主要的是耗費時間很長，但是AI大模型的應(yīng)用正在改變這個現(xiàn)狀。
沈?qū)帲?/strong>如果用傳統(tǒng)的大規(guī)模篩選，以前小分子藥研發(fā)大概要15～20年的研發(fā)周期，而且有非常大的失敗概率。有了AI算法的加持，現(xiàn)在藥物研發(fā)的周期可以縮短到3～5年。
早在2021年，良渚實驗室就組建了一支由臨床醫(yī)學(xué)、生物學(xué)、數(shù)學(xué)、計算機、統(tǒng)計學(xué)等多學(xué)科交叉的團隊，他們陸續(xù)開發(fā)了七八種深度學(xué)習(xí)的算法，致力遺傳病、罕見病的精準診療。
沈?qū)帲?/strong>主要聚焦在藥物的靶點挖掘，突變的致病性預(yù)測，以及小核酸藥的藥物設(shè)計和藥物研發(fā)方面。我們針對不同的疾病，甚至不同的患者，對他的疾病數(shù)據(jù)進行分析。希望借助AI的工具，可以幫助為每個病人提供更加個性化的治療方案。
AI助力新材料研發(fā)
實驗室里“超級助手”
在AI技術(shù)的助力下，我國科學(xué)家們不僅在疾病預(yù)測、藥物研發(fā)等領(lǐng)域取得了創(chuàng)新突破，而且在被國外“卡脖子”的新材料研發(fā)上也有了重要進展。一起走進中國科學(xué)院深圳先進院的材料人工智能研究，看看科學(xué)家們是如何利用AI在新材料研發(fā)上取得突破。
中國科學(xué)院深圳先進院材料所博士后史桐雨現(xiàn)場演示了使用AI技術(shù)輔助設(shè)計實驗方案的過程。實驗的指令是通過水熱反應(yīng)合成粒徑在1100納米、硅層厚度在300納米的羧基磁性微球。
科學(xué)家給出指令后，AI在十幾秒鐘后就生成了一個詳細的實驗方案，而且還對一些關(guān)鍵的實驗參數(shù)給出了優(yōu)化建議。
中國科學(xué)院深圳先進院材料人工智能研究中心執(zhí)行主任 周文華：磁性微球盡管非常小，肉眼看不到，但是它廣泛應(yīng)用于各種病毒的檢測，抗體藥物的制備，所以是一個對于我國生命健康領(lǐng)域非常重要的材料。但是這個材料從制備到修飾再到應(yīng)用有50多步，它的條件的優(yōu)化和組合是一個天文數(shù)字，遠遠超過了人手和人腦的極限。
據(jù)專家介紹，由于磁性微球這種材料一直被歐美、日本等巨頭企業(yè)所壟斷。面對國外的技術(shù)封鎖，如何實現(xiàn)技術(shù)突破是我國科研團隊的目標，為此他們搭建了一個專門的人工智能系統(tǒng)。
史桐雨：其實AI大模型給我們的方案，它的可執(zhí)行性是非常高的，在一些關(guān)鍵的參數(shù)上面，需要我們專業(yè)的科研人員根據(jù)自己的經(jīng)驗進行校準。通過一輪輪迭代優(yōu)化，讓它不斷進行訓(xùn)練，最終獲得一個專業(yè)性非常高的合成方案。
另外，科研團隊還自主搭建了一個機器人系統(tǒng)，通過AI自主撰寫的代碼可以操控機器人進行極端條件下的無人實驗。
中國科學(xué)院深圳先進院材料人工智能研究中心主任 喻學(xué)鋒：讓它幫助我們更好完成實驗，包括能夠突破極端環(huán)境對人類的限制，具有極端的一致性，能夠幫助我們把實驗做得更好，能夠讓科學(xué)家效率更高、速度更快地把材料開發(fā)出來。
據(jù)了解，目前科研團隊在AI的助力下，已經(jīng)在磁性微球的研發(fā)上取得了重要突破，相關(guān)產(chǎn)品已經(jīng)應(yīng)用于多家龍頭企業(yè)。
打破學(xué)科界限
推動學(xué)科合作
中國新一代人工智能發(fā)展戰(zhàn)略研究院執(zhí)行院長 龔克：整體的政策環(huán)境下，對于人工智能在科學(xué)上的應(yīng)用，采取了非常積極鼓勵的態(tài)度。最近這幾年來，在深化教育改革和科研改革體制中，也在努力打破這些學(xué)科的界限，正在向著推動學(xué)科合作方向在走。
另外我們也支持大眾的創(chuàng)新，中國現(xiàn)在有很多開源的社區(qū)。DeepSeek是一個大的開源模型，把所有參數(shù)開出來，按照MIT的開源協(xié)議，非常規(guī)范地進行環(huán)境開放。我們國內(nèi)推動互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展，現(xiàn)在教育科研網(wǎng)在整個網(wǎng)絡(luò)傳輸速度、網(wǎng)絡(luò)接入訪問方面，在全世界來講，我們都處于比較先進的地位，就是為我們AI for science（人工智能賦能科學(xué)研究）的發(fā)展，為我們整個科學(xué)技術(shù)的進步奠定了一個很好的基礎(chǔ)。
