AI的发展让研究人员可打造由“虚拟科学家”组成的虚拟实验室高效解决复杂的生物学问题,加快科学发现!

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作者：微信文章
相信不久将出现一种新的人工智能驱动工具——虚拟实验室，可以加速科学发现。该虚拟实验室以斯坦福大学医学院一个以生物医学数据科学副教授 James Zou 博士领导开发的业已成熟的虚拟实验室为蓝本，配备了一位人工智能首席研究员（AI PI）和经验丰富的科学家。

对此，James Zou 教授表示：“优秀的科学成果源于我们进行深入的跨学科合作，让来自不同背景的人们共同努力，而这往往是研究中的主要瓶颈和挑战之一，与此同时，我们也见证了人工智能代理的巨大进步。简而言之，人工智能代理是基于语言模型的人工智能系统，能够采取更主动的行动。”

人们通常将大型语言模型（本研究中利用的人工智能类型）视为简单的问答机器人。 但这些系统可以检索数据，使用不同的工具，并通过人类语言相互交流，并与人类沟通。

交流能力的飞跃促使Zou 教授萌生了训练这些模型的想法，使其能够模仿顶尖科学家，就像他们批判性地思考问题、研究特定问题、根据特定专业领域提出的解决方案，并相互交流想法以形成值得验证的假设一样。

在Zou 教授的团队委托它们设计一种更好的方法来研制针对新冠病毒（SARS-CoV-2）的疫苗后，该人工智能实验室已经展现出了巨大的潜力。而且，该实验室只用了几天时间就完成了这项工作。该研究成果的发表在最新一期的Nature上。



虚拟实验室的研究项目与其他人类实验室一样，都是从实验室负责人提出需要解决的问题开始的。人类研究人员向AI PI提出一项科学挑战，然后 AI PI 接手。

AI PI 的工作是确定完成项目所需的其他智能体和专业知识，例如，在 SARS-CoV-2 项目中，PI 智能体创建了一个免疫学智能体、一个计算生物学智能体和一个机器学习智能体。而且，在每个项目中，无论主题是什么，都有一个智能体承担着“评论家”的角色。它的工作是找出漏洞，提醒大家注意常见的陷阱，并向其他智能体提供建设性的批评意见。



Zou教授 和他的团队为虚拟科学家配备了工具和软件系统，例如蛋白质建模 AI 系统 AlphaFold，以更好地激发他们的创造性“思维”技能。智能体甚至创建了自己的愿望清单，它们会请求使用某些工具，研究人员会将其内置到模型中，供它们使用。

随着研究实验室的运行，虚拟团队的运作也变得快速高效。就像 Zou 教授自己的研究小组一样，虚拟实验室定期举行会议，智能体会在会议期间提出想法并进行交流。他们还会进行一对一会议，让实验室成员与 PI 智能体单独会面，讨论想法。

但与人类会议不同，这些虚拟会议只需几秒钟或几分钟。最重要的是，AI 科学家不会感到疲倦，也不需要吃零食或上厕所，因此可以同时进行多个会议。

此外，虚拟实验室是独立运营的。除了最初的提示外，人工智能实验室成员始终遵循的主要指导方针与预算有关，除非提出任何在实体实验室无法验证的夸张或异想天开的想法。Zou教授本人并不倾向于微观管理，无论是在现实世界还是虚拟世界，他估计自己或实验室成员的干预时间大约只有1%。

Zou教授表示：不想告诉人工智能科学家们他们应该如何开展工作，认为这会限制了它们的创造力。

但这并不意味着他们没有密切关注正在发生的事情——虚拟实验室中的每一次会议、交流和互动都会被记录下来，以便人类研究人员跟踪进度并在必要时调整项目方向。

Zou 教授的团队对虚拟实验室进行了测试，要求其设计一种针对近期新冠病毒变异株的疫苗新基础。AI 团队没有选择经典的抗体，而是选择了一种更独特的方法：纳米抗体，一种更小、更简单的抗体片段。

从会议一开始，AI 科学家们就认定纳米抗体比抗体更有前景，并且给出了解释。他们表示，纳米抗体通常比抗体小得多，这使得机器学习科学家的工作变得更容易，因为当你用计算机模拟蛋白质时，使用更小的分子意味着你可以更有信心地进行建模和设计。

到目前为止，AI 团队似乎取得了一些进展。研究团队从 AI 研究人员那里获得了纳米抗体的结构设计，并在自己的真实实验室中进行了合成。

结果，他们不仅发现纳米抗体在实验上可行且稳定，还测试了其与一种新型SARS-CoV-2变异株的结合能力，这是决定新疫苗有效性的关键因素，并发现纳米抗体与病毒的结合力比实验室设计的现有抗体更强。

他们还测量了脱靶效应，即纳米抗体是否错误地与目标病毒以外的其他物质结合，结果发现它并没有偏离新冠病毒的刺突蛋白。

这些纳米抗体的另一个亮点是，除了能与最近的新冠毒株良好结合外，它们还能与五年前的原始毒株良好结合。

目前，Zou教授和他的团队正在分析纳米抗体在研制新疫苗方面的能力。与此同时，他们还将实验数据反馈给人工智能实验室，以进一步完善分子设计。

研究团队渴望将虚拟实验室应用于其他科学问题，他们最近开发了能够充当复杂数据分析员的智能体，可以重新评估已发表的论文。

真是：

虚拟实验室真神奇，
人工智能来助力。
模仿顶尖科学家，
思考研究不费力。
几天时间就搞定，
新冠疫苗设计齐。
人类PI要小心，
别被AI抢了风头去！