美大机械项目聚焦癌症研究智能化

诺贝尔物理学奖获得者弗兰克·维尔泽克曾经有一个著名的预测:在未来的100年里，最好的物理学家将是机器。现在，美国国防部高级研究计划局正致力于另一个不同领域的前景:癌症研究。

去年夏天，该机构启动了一项耗资4500万美元的项目，名为“大型机械设备”，旨在开发一种能够阅读研究论文的计算机系统，将癌症机制信息整合到计算机模型中，并设计新的假设，供有血有肉的科学家(甚至机器人)测试——所有这些都计划在2017年底前完成。

上周，一个由12名计算机科学家和生物学家组成的团队在华盛顿特区开会，以解决这一进程面临的挑战。尽管一些科学家质疑该项目的方法，但其他人对此表示欢迎——包括华盛顿州西雅图市艾伦人工智能研究所的人工智能研究员柳文欢·埃齐奥尼，他称之为“一个杰出的项目”。

大型机械设备项目经理、美国国防高级研究计划局(DARPA)人工智能研究员保罗·寇恩表示，此举旨在帮助科学家应对阅读领域日益狭窄的时代的复杂性。“当我们需要了解高度互联的系统时，我们的研究方法可以让我们专注于零散的部分。”科恩说。

如果“大型机械设备”项目计划成功，它将有助于研究人员理解从气候科学到军事行动甚至贫困的复杂系统。然而，目前主要集中在由“Ras基因家族”基因突变引起的癌症，包括大约1/3的人类癌症。癌症生物学家已经为Ras基因突变导致的癌症路径建立了一个粗略的路线图:影响蛋白质间相互作用的序列影响细胞的繁殖和死亡。它们相当于科恩的“毛球”，其中各种偶然的关系交织在一起。“我们都认识到需要一个更好的系统来组织大量的信息，用肉眼观察并以某种可行的方式表现出来。”弗兰克·麦考密克，国家卫生研究院拉斯项目的负责人说。

“大机械装置”项目将分三步处理相关问题。首先，机器将读取癌症通道的相关数据，并将有用的信息转换成可理解的正式表达。然后，他们将把知识片段整合到癌症通道计算机模型中。最后，系统将生成可以通过实验验证的解释和预测。这些团队正在开发能够处理上述三项任务的四个系统。

评估会议集中在第一步，机械阅读。制药公司已经为药物研发安排了许多论文来收集基因-蛋白质相互作用的信息，但“大型机械设备”项目不仅仅是开发能像科学家一样阅读论文的机器:它还包括如何为现有知识做出贡献。

评估从一个小的角度开始:参与团队被分配到一个基本的Ras癌症途径模型和6个途径。他们的系统需要从文本中提取信息，确定这些通道和模型之间的关系，并根据读取的信息进行适当的修改。

这两个研究小组已经接近完全运行该过程。性能最佳的机械读取系统从通道中提取40%的信息，并正确确定每个通道与模型的关系。“这是一个好的开始。”科恩说，这些系统将在今年7月面临更全面的评估。

科恩说，今年夏天将会有另一个设计竞赛，届时程序员将设计一个单一的参考模型来代替研究小组目前使用的多个模型。他说，设计一个连贯的模型，包括蛋白质在Ras通道中的相互作用位置和方式，对于计算机产生假说至关重要。

明尼苏达州明尼阿波利斯市拉里·亨特智能信息技术公司的计算机生物学家拉里·亨特说，建立一个能够真正产生科学观察的系统并不容易。作为其中一个团队的联合首席研究员，他说人工智能协会在构建能够发展有用的随机假设的系统方面没有很好的记录。然而，他说分子生物学是一个很好的水测试领域，因为这个领域的常识起着非常小的作用。其中大部分是技术性的，可以在教科书和论文中找到。

其他研究人员质疑“大型机械设备”项目是否通过合理的方式研究复杂的系统。“大机械装置”项目试图在微观层面绘制机械原理，但复杂系统的特征是集群行为。马萨诸塞新英格兰复杂系统研究所的复杂系统研究员Yaneer Bar-Yam没有参与这个项目，他说:“期望综合细节告诉我们我们想知道的东西是不合理的。

然而，科恩对这个项目充满信心。"国防高级研究计划局正在探索革命性的技术."他说，“有时这些技术会转化为实际应用。有时他们会向世界展示什么是可行的。”(红枫)