若人工智能模拟细胞，科学能带来疗效

(SeaPRwire) –   我投身医学的旅程始于我祖父因癌症去世。我记得那天早上他送我到六年级教室，等我放学回家时，他已经不在了。不久之后，我买了一本肿瘤学教科书。科学一直是我最喜欢的学科，我以为它能帮我找到一些答案。

多年后，我成为了诊室里的医生，但我仍在寻找答案。我工作的医院是一家国家级罕见病转诊中心，其中95%的疾病尚无治愈方法。每一天，我都被提醒医学对患者病情的解释是多么有限：我们无法看到的细胞功能障碍，以及我们无法解释的症状。

我们每个人都曾感受到这种悲伤和挫败感。我们所爱的人被误诊。我们被开了无效的药物。甚至连谈论阿尔茨海默病和帕金森病这类疾病都变得困难，因为这些领域的科学研究已经停滞了几十年，希望似乎遥不可及。

但我相信这一切都可以改变——不是在50年后，而是会更快——只要科学界能够紧急且齐心协力地去实现人工智能在人类健康领域的承诺。

我们已经看到了可能性的曙光。仅举一例，科学家们已经构建了前沿的人工智能模型，可以生成全新的蛋白质来靶向癌细胞并阻断病原体。这些模型之所以有效，是因为它们接受了海量数据的训练，并对蛋白质如何在体内折叠和发挥功能有了深刻的理解。同样的技术应该能够模拟整个细胞、组织、器官，甚至可能模拟整个人类生物学。

鉴于这种非凡的前景——以及我们目前所见的快速进展——现在正是技术、科学研究和慈善事业的领导者们为下一个科学发现和治愈时代奠定基础的时刻。没有任何一个组织可以独自完成这项任务。这就是为什么我们必须团结全球社区，为人工智能加速生物学研究建立一个开放的数据基础。这也是我领导的机构 Biohub 宣布启动“虚拟生物学倡议”（Virtual Biology Initiative）的原因。

强大的细胞模型可以从根本上改变发现的过程。数百年来，科学研究的进步方式是将问题简化为最简单的术语。我们剔除混杂变量，消除复杂性，并将研究范围缩小到可以在实验室中测试并在资助周期内理解的过程。最终我们得到的知识并不能代表我们真实的生物学特征。

人工智能模型不受这些限制，这意味着它们最终可以为科学界提供一种方法，来解决人类健康中最困难和最紧迫的问题。如果人工智能能够模拟和理解免疫系统，就有可能设计出在癌症早期阶段预防疾病的疗法。神经退行性疾病或代谢紊乱也是如此。据我们所知，新疗法的可能性仅受限于模型的规模。

但这同时也引出了该领域尚未解决的最大挑战。在人工智能模拟生物学之前，它需要“看到”生物学，而绝大多数细胞活动从未被观察或测量过。蛋白质模型通常在蛋白质数据库上进行训练。基因组模型通常在基因组数据库上进行训练。我们仍然需要一个等效的细胞模型以及训练它们的数据库——一个庞大的公共资源，能够捕捉细胞在人体和其他生物体中可能占据的每一种类型、行为和状态。

为了推动这一进程，科学界需要在前所未有的规模上进行合作。

在过去十年中，世界各地的大学和研究机构共同努力，加速了对细胞生物学的科学理解，包括支持大规模数据生成项目，例如人类和其他生物体的基准细胞图谱。我们还创建了细胞成像数据存储库，并建立了世界上最大的单细胞数据库之一。去年，我们联合公共和私营机构发起了“十亿细胞项目”（Billion Cells Project）网络，该网络正在生成一个海量的开源生物数据集。

“虚拟生物学倡议”将建立在所有这些工作的基础上。为了启动这项协调一致的全球努力，它首先投入了1亿美元资金，用于资助整个科学界的数据生成。其他几家机构正与 Biohub 携手合作，包括 Allen Institute、Arc Institute、Broad Institute 和 Wellcome Sanger Institute，以及包括 Human Cell Atlas 和 Human Protein Atlas 在内的联盟，以协调更大规模的工作。NVIDIA 也正在参与这项工作，Renaissance Philanthropy 也将加入以促进资金筹措。

在 Biohub 内部，我们将继续开发测量细胞的前沿技术。成像技术是这4亿美元投入的重点：我们的路线图包括用于观察活体生物中数百万到数十亿个细胞的显微镜技术，以及能够解析细胞内原子级细节的冷冻电子断层扫描技术。我们还希望推动细胞和组织工程的重大进步，以便研究人员能够进行新型实验并测量我们目前无法触及的生物学现象。

如果您拥有开展或支持生物学研究的资源，我敦促您加入这项工作。我坚信，人工智能模型将解决过去一个世纪的研究无法解决的人类健康之谜。如果我们齐心协力，我们将更快地找到这些答案。

开源技术正在促进一种新的、更具协作性的研究方法——这种方法将多学科团队聚集在一起，解决任何单一机构都无法独自应对的挑战。专家们几十年来一直在谈论个性化医疗的前景。通过这项工作以及数据所驱动的人工智能模型，我相信我们可以让这一承诺在世界各地的患者身上成为现实。

无论他们是否知晓，数以百万计的人——生病的患者和忧心忡忡的配偶、没有答案的家庭，以及尚未开始寻找答案的人们——都在指望着我们的成功。