人工智能（AI）已經(jīng)成為產(chǎn)業(yè)和社會(huì)變革的重要技術(shù)引擎，圍繞“AI+生命科學(xué)”這一主題，我介紹一下生物世界正在發(fā)生的數(shù)字化和智能化的新變革，并分享清華大學(xué)智能產(chǎn)業(yè)研究院（AIR）在這方面的一些科研進(jìn)展。
我們的使命是用AI的技術(shù)創(chuàng)新賦能產(chǎn)業(yè)升級(jí)、推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步。要做這件事，最重要的還是要打造學(xué)術(shù)和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的新引擎。
AIR成立不到兩年時(shí)間，就在全球范圍內(nèi)吸引了一批擁有很深學(xué)術(shù)造詣、很豐富產(chǎn)業(yè)背景的AI領(lǐng)域領(lǐng)軍人物，同時(shí)也建立了與產(chǎn)業(yè)的深度合作，例如與百度、亞信科技、小米等企業(yè)以及一些實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展深度合作。
“第四范式”促進(jìn)轉(zhuǎn)型
我們正在快速步入數(shù)字化3.0時(shí)代，基因測(cè)序、高通量生物試驗(yàn)、腦機(jī)接口等技術(shù)，讓大腦數(shù)字化、身體器官數(shù)字化以及細(xì)胞數(shù)字化，這產(chǎn)生了海量的數(shù)據(jù)。各種組學(xué)數(shù)據(jù)加上新的AI算法和大的算力，正在形成一種新的智能科學(xué)計(jì)算范式，稱(chēng)之為“第四范式”，其正在加速生命科學(xué)和生物、醫(yī)療領(lǐng)域向著更快速、更精準(zhǔn)、更安全、更經(jīng)濟(jì)、更普惠的方向發(fā)展。
從產(chǎn)業(yè)的角度來(lái)看，2015年之后，頭部制藥企業(yè)均加速了和AI技術(shù)公司合作研發(fā)的腳步�？萍脊具@些年的投資大幅度增加，涌現(xiàn)出一大批獨(dú)角獸企業(yè)，中國(guó)的醫(yī)療行業(yè)也面臨著從做仿制藥到做創(chuàng)新藥的轉(zhuǎn)型，AI在轉(zhuǎn)型過(guò)程中發(fā)揮了重要作用。
AIR建立起一支很強(qiáng)的智慧醫(yī)療科研團(tuán)隊(duì)并選擇了兩大主要研究方向：主動(dòng)健康管理、數(shù)字療法，以及大分子、小分子藥物發(fā)現(xiàn)。用大量的AI算法和數(shù)據(jù)，打造雙通道高效干濕閉環(huán)接口，實(shí)現(xiàn)濕實(shí)驗(yàn)的數(shù)字化。
在腦機(jī)接口的數(shù)字療法方面，以杭州的BrainCo公司研發(fā)的腦機(jī)接口技術(shù)為例。在腦疾病研究中，腦電數(shù)據(jù)是一種模態(tài)，在不同疾病中有波動(dòng)，從而可以得出疾病和腦電之間的關(guān)系。這個(gè)技術(shù)還可以將不同模態(tài)的信息結(jié)合在一起，利用AI算法進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，形成一種訓(xùn)練軟件，應(yīng)用到很多場(chǎng)合。
我們知道，妊娠期糖尿病發(fā)病率很高，通過(guò)健康管理能夠更好地實(shí)現(xiàn)早期預(yù)防。AIR數(shù)字療法聚焦心血管疾病早期預(yù)防和主動(dòng)干預(yù)，通過(guò)獲取大量數(shù)據(jù)，構(gòu)建一個(gè)針對(duì)疾病的健康營(yíng)養(yǎng)知識(shí)圖譜。有了數(shù)據(jù)和各種各樣的AI算法，就可以用個(gè)性化的健康推薦引擎，對(duì)健康和習(xí)慣進(jìn)行監(jiān)測(cè)、管理和預(yù)防。
AlphaFold2僅僅是開(kāi)始
AlphaFold2是AI在生命科學(xué)應(yīng)用中最成功的表現(xiàn)，其成功因素主要是兩個(gè)方面：一個(gè)是任務(wù)的特殊性，也就是蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)；一個(gè)是模型本身的優(yōu)越性。
首先，我們積累了大量數(shù)據(jù)。生命科學(xué)研究有很多數(shù)據(jù)都是“端到端”的。最近，AIR的蘭艷艷教授團(tuán)隊(duì)研發(fā)的系統(tǒng)化蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)解決方案AIRFold就實(shí)現(xiàn)了信息的表達(dá)和抽取，融合序列及結(jié)構(gòu)信息等。這里用了多項(xiàng)檢索，也生成了一些核心技術(shù)。同時(shí)，我們還與清華醫(yī)學(xué)院、華深智藥合作，首次將AI算法用于抗體設(shè)計(jì)，特別是用于新冠病毒抗體的研發(fā)，這就用到網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算和實(shí)驗(yàn)的抗體設(shè)計(jì)的融合。其實(shí)可以用各種不同的算法，開(kāi)發(fā)更有親和力、更廣譜的抗體，希望這些工作能很快進(jìn)入臨床。
AlphaFold2僅僅是一個(gè)開(kāi)始，未來(lái)抗體、抗原的表位預(yù)測(cè)，腫瘤的精準(zhǔn)療法等方向，都會(huì)成為研究熱點(diǎn)，并且在新的計(jì)算模式下取得更多進(jìn)展。
AI+大分子治療的黃金時(shí)代到來(lái)
我認(rèn)為，AI+大分子治療的黃金時(shí)代正在到來(lái)，這會(huì)產(chǎn)生一些新的科學(xué)挑戰(zhàn)，也預(yù)示著會(huì)有一些新的方法。比如，干濕融合的閉環(huán)式的計(jì)算框架一方面可以通過(guò)高通量多輪的閉環(huán)驗(yàn)證和數(shù)據(jù)補(bǔ)充，變得更加智能；另一方面，通過(guò)主動(dòng)學(xué)習(xí)、強(qiáng)化學(xué)習(xí)等方式，AI將主動(dòng)規(guī)劃實(shí)現(xiàn)干濕閉環(huán)驗(yàn)證，迭代加速生命科學(xué)發(fā)現(xiàn)與產(chǎn)業(yè)應(yīng)用。可以預(yù)見(jiàn)，通過(guò)干濕閉環(huán)打通生命科學(xué)的研究和生物醫(yī)療產(chǎn)業(yè)，將會(huì)迎來(lái)新的科研和產(chǎn)業(yè)模式。
生物世界處于“數(shù)字化+自動(dòng)化+智能科學(xué)計(jì)算”的新變革期，AI、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的“第四范式”輔助人類(lèi)探索并解決生命健康問(wèn)題，這將會(huì)成為一個(gè)重要的研究方向。
未來(lái)，需要學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界共同推動(dòng)生命科學(xué)、生物醫(yī)藥、基因工程、個(gè)人健康等各個(gè)領(lǐng)域的協(xié)同發(fā)展，實(shí)現(xiàn)更快速、更精準(zhǔn)、更安全、更經(jīng)濟(jì)、更普惠的創(chuàng)新模式。這里面還有很多挑戰(zhàn)，比如說(shuō)算法的透明性、可解釋性，隱私安全和倫理。整體來(lái)講，未來(lái)十年我們將會(huì)看到巨大的機(jī)會(huì)、新的科學(xué)發(fā)現(xiàn)、新的產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新，我也希望更多人才和資源能夠投入到這一領(lǐng)域�！�
（作者系中國(guó)工程院院士、清華大學(xué)智能產(chǎn)業(yè)研究院院長(zhǎng)，記者高雅麗根據(jù)其在世界數(shù)字經(jīng)濟(jì)論壇的發(fā)言整理）