AI模擬細胞，走向全新虛擬生命，斯坦福團隊呼吁是時候走出全新的一步了

原標題：AI模擬細胞，走向全新虛擬生命，斯坦福團隊呼吁是時候走出全新的一步了
文章來源：人工智能學家
內容字數：11697字

AI虛擬細胞（AIVC）的：生物學研究的新紀元

本文概述了斯坦福大學研究人員在《Cell》雜志上發表的關于利用人工智能構建AI虛擬細胞（AIVC）的論文。該論文認為，AIVC的創建將開啟生物學高保真模擬的新時代，并極大地促進生物醫學研究。

1. AIVC的意義與潛力

細胞的復雜性和動態性一直是生物學研究的巨大挑戰。AIVC通過直接從數據中學習，超越了以往基于規則的細胞模型的局限性，能夠發現復雜生物系統的新興特性。其構建基于指數級增長的測量技術吞吐量和AI的并發進步，能夠從大型數據集學習模式和過程，無需明確的規則或人工注釋。AIVC將實現快節奏的計算機研究，并促進計算方法和驗證性濕實驗室實驗之間的有效銜接，從而加速生物醫學研究。

2. AIVC的構建方法與技術

AIVC的構建將利用多種AI技術，包括：擴散模型、流匹配方法以及大型語言模型（LLM）。擴散模型和流匹配模型能夠有效處理生物系統的高維復雜數據，而LLM則適用于模擬DNA、RNA和蛋白質等分子序列數據。此外，transformer和卷積神經網絡（CNN）等模型也將被用于建模細胞狀態、細胞器和無膜隔室等。

AIVC模型將是一個多尺度基礎模型，在每個物理尺度上學習生物實體的不同表示，并實現新數據的無縫整合。其起點是模擬中心法則的三種類型的分子：DNA、RNA和蛋白質。

3. AIVC面臨的挑戰

AIVC的開發面臨諸多挑戰：生物學的復雜性要求模型在不同尺度、環境和測量模式下保持一致；模型的有效性需要通過可操作的模型輸出和經濟高效的驗證實驗來評估；需要跨學科合作和反映人類多樣性的大型數據集；數據收集和模式選擇需要兼顧生物學的廣度和深度；以及需要解決道德、透明度和數據污染等問題。

4. AIVC的未來展望

AIVC有潛力徹底改變科學過程，在生物醫學研究、個性化醫學、藥物發現、細胞工程和可編程生物學等領域取得突破。作為虛擬實驗室，它可以促進模擬實驗數據與現實實驗結果的無縫銜接。研究人員倡導開放科學方法，鼓勵各部門和領域利益相關者參與AIVC的開發，共同推動科學發展。

5. 總結

AI虛擬細胞的創建代表著生物學研究方法的重大變革。雖然挑戰依然存在，但其潛力巨大，有望推動生物醫學領域取得突破性進展。 開放科學和跨學科合作將是AIVC成功開發的關鍵。

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