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生成式人工智能能否揭示“生物学语言”?

2025-01-10 18:00:00 英文原文

作者:Matteo Wong

科学家们从人类细胞中收集了大量 DNA 和显微成像数据,现在他们拥有了一种可以理解所有这些信息的工具。

Animation of pixelated cells on a computer screen
大西洋月刊插图

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也许需要理解的最重要的生物学元素是我们自己的细胞。如果科学家能够轻松预测突变、病毒、药物或任何其他变化将如何影响细胞,进而影响细胞所服务的所有组织和器官,他们就可以快速开发新的疫苗和药物。多位细胞生物学家最近向我描述这是他们领域长期存在的“圣杯”。

但人体细胞也是最难研究的物体之一。我们的身体由数万亿个相互作用的细胞组成,每个细胞都有自己复杂的内部机制。科学家们无法在实验室中复制这个世界,并且在计算机上也很难做到这一点。

这可能正在改变。近几十年来,科学家们从人类细胞中收集了大量 DNA 和显微成像数据,现在他们有了一种工具,即生成式人工智能,可以理解所有这些信息。就像聊天机器人可以从大量书面语言中辨别风格甚至意义,然后用它们来构建类似人类的散文一样,理论上人工智能可以接受大量生物数据的训练,以提取有关细胞甚至细胞的关键信息整个有机体,”我在本周的一个故事中解释道。

这项研究还处于早期阶段,成熟的、人工智能驱动的“虚拟细胞”可能永远无法实现。但生物学家已经利用这项技术研究我们身体的基本组成部分取得了实质性进展,或许也改变了这项研究的性质。我写道,正如在许多其他科学领域一样,“解释能力正在被预测能力所取代,人类发现正在被算法信仰所取代。”


Animation of pixelated cells on a computer screen
插图由马泰奥·朱塞佩·帕尼/《大西洋月刊》绘制。资料来源:盖蒂。

虚拟细胞是科学的“圣杯”。它越来越近了。

作者:马泰奥·黄

研究人体细胞是一件痛苦的事情。它们存在于体内数十万亿,形成一个巨大而复杂的网络,控制着每种疾病和代谢过程。该回路中的每个细胞本身就是基因、蛋白质和其他极其微小的生物机器之间同样密集和复杂的相互作用的产物。

我们对这个世界的理解是模糊的并且不断变化的。就在几年前,科学家们还认为只有几百种不同的细胞类型,但新技术已经揭示了数千种(而这仅仅是开始)。在这个微观领域进行实验可能是一种猜测。即使是成功也常常令人困惑。例如,臭氧类药物被认为作用于肠道,但最终可能是脑部药物,而伟哥最初是为了治疗心血管疾病而开发的。

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接下来读什么

  • 为什么认知科学家给他的孩子戴上头部摄像头“Lake 希望有一天能够将 Luna 和其他人的数据反馈到他自己的模型中,”我的同事 Sarah 张去年写道,“找到更好的训练人工智能的方法,并找到更好的理解方法孩子们如何完成无处不在但非凡的语言学习壮举。”
  • 科学变得越来越不人性化“几个世纪以来,对世界的了解都植根于观察和解释它,”我在 2023 年写道。“当今的许多人工智能模型扭曲了这一努力,在没有理由的情况下提供答案,并引导科学家研究他们自己的算法就像研究自然一样。”

附:

本周早些时候,Meta 宣布将结束其专业事实核查计划,首先从美国开始。“祝你摆脱困境,”我的同事伊恩·博格斯特写道。事实核查被认为是一项耗时、复杂的做法,“为已发表的作品注入一种谨慎的精神。”但 Facebook 等社交媒体平台所实施的充其量只是表面层面的,并且“玷污了事实核查可以有更多意义的想法。”

——马特奥

关于作者

黄先生是一名特约撰稿人大西洋报

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摘要

科学家们正在开发生成人工智能工具来解释来自人类细胞的大量 DNA 和显微成像数据,旨在预测细胞对突变或药物等各种变化的反应。这一进步可能会彻底改变疫苗和药物的发现,但由于人类细胞的复杂性和交互性而面临挑战。虽然全面的“虚拟细胞”可能还很遥远,但早期研究表明,通过人工智能理解基本生物成分方面取得了重大进展。