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4月21日，2022《理解未來(lái)》首期科學(xué)講座——“AI+蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能預(yù)測(cè)”在全網(wǎng)線(xiàn)上開(kāi)講。未來(lái)論壇理事、北京大學(xué)李兆基講席教授謝曉亮，中國(guó)工程院院士、鵬城實(shí)驗(yàn)室主任、北京大學(xué)博雅講席教授高文，美國(guó)芝加哥豐田計(jì)算技術(shù)研究所教授、北京大學(xué)客座教授許錦波，聚焦AI+生命科學(xué)，分享前沿學(xué)術(shù)成果，探討跨學(xué)科交叉領(lǐng)域的深度融合創(chuàng)新。

在科學(xué)面臨歷史性機(jī)遇的今天，人工智能和傳統(tǒng)科研結(jié)合帶來(lái)的巨大潛能使 AI for Science 成為當(dāng)前的重要趨勢(shì)。2022年，未來(lái)論壇以AI for Science為年度系列主題，關(guān)注前沿交叉領(lǐng)域和科學(xué)熱點(diǎn)話(huà)題，并以《理解未來(lái)》科學(xué)講座作為此系列的首場(chǎng)活動(dòng)，正式開(kāi)啟人工智能與科學(xué)前沿創(chuàng)新之旅。

作為未來(lái)論壇重磅推出的年度高質(zhì)量科學(xué)公益講座，2022《理解未來(lái)》科學(xué)講座聚焦“AI+生命科學(xué)”，由未來(lái)論壇理事、北京大學(xué)李兆基講席教授謝曉亮領(lǐng)銜傾力策劃，邀請(qǐng)人工智能、計(jì)算機(jī)領(lǐng)域以及蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)、分子力學(xué)等生命科學(xué)領(lǐng)域的科學(xué)家擔(dān)任主講及對(duì)話(huà)嘉賓，分享前沿科學(xué)突破，激發(fā)科學(xué)創(chuàng)新思維。

謝曉亮教授首先對(duì)參會(huì)嘉賓和線(xiàn)上觀(guān)眾表達(dá)了歡迎與感謝?！?022年，未來(lái)論壇聚集各領(lǐng)域最具影響力的科學(xué)家，以AI for Science作為年度主題，站在科研前沿，聚集知識(shí)之光、智慧之光。今年《理解未來(lái)》科學(xué)講座聚焦AI+Life Science，將面向科研人員、青年科學(xué)家與產(chǎn)業(yè)界相關(guān)人士，打造思想交流的平臺(tái)?！敝x曉亮教授表示，“在此，我們期待聽(tīng)到來(lái)自科學(xué)家關(guān)于未來(lái)科技發(fā)展趨勢(shì)獨(dú)到而具引領(lǐng)性的判斷和思考，相信這也是未來(lái)論壇《理解未來(lái)》系列所承載的使命與價(jià)值?！?/p>

高文：以鵬城云腦Ⅱ超強(qiáng)算力賦能生命健康基礎(chǔ)研究

在主題演講環(huán)節(jié)，高文教授以《AI for 生命科學(xué)》為題，圍繞云腦II：AI for Science智能算力，以及鵬城·扁鵲大模型等最新科研成果進(jìn)行分享。

高文教授介紹，為了讓AI為科學(xué)問(wèn)題服務(wù)，首先要打造先進(jìn)自主的云態(tài)智能算力平臺(tái)，支持大規(guī)模開(kāi)源、開(kāi)放和模型共享。

他指出，鵬城云腦 II 已建設(shè)成為首個(gè)國(guó)產(chǎn)自主的 E 級(jí) AI 算力平臺(tái)，并形成了自主AI基礎(chǔ)軟件棧、AI 算法流水線(xiàn)，高性能并行計(jì)算等一系列支撐架構(gòu)。云腦的超大規(guī)模模型訓(xùn)練平臺(tái)現(xiàn)已賦能全球首個(gè) 2 千億參數(shù)中文預(yù)訓(xùn)練語(yǔ)言模型-鵬程·盤(pán)古、多對(duì)多模式的多語(yǔ)言機(jī)器翻譯模型-鵬程·絲路、視覺(jué)與跨模態(tài)的模型-鵬程·大圣，與百度聯(lián)合開(kāi)發(fā)的增強(qiáng)知識(shí)模型-鵬城百度·文心等多項(xiàng)引擎.

而在AI賦能生命健康領(lǐng)域，鵬城實(shí)驗(yàn)室正在開(kāi)展建設(shè)的鵬城·扁鵲大模型通過(guò)依托鵬城云腦大裝置構(gòu)建橫跨基因和表型的多模態(tài)知識(shí)圖譜、預(yù)訓(xùn)練模型和高精度生理生化仿真模型等，通過(guò)對(duì)人體生命組學(xué)大數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)感知融合分析建模，最終服務(wù)生命健康領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究和推動(dòng)健康醫(yī)療。

許錦波：AI顛覆蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)改變分子生物學(xué)研究范式

本場(chǎng)活動(dòng)中，許錦波教授以《蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能預(yù)測(cè)》為題，分享通過(guò)使用人工智能，顛覆蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)，改變分子生物學(xué)研究范式的突破。

許錦波教授指出，由于蛋白質(zhì)是由二十種天然氨基酸組成，通過(guò)原子間相互作用形成穩(wěn)定的三維構(gòu)象，因此，準(zhǔn)確測(cè)定蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)對(duì)我們理解蛋白功能非常重要。在技術(shù)上，過(guò)去，科學(xué)家通過(guò)使用晶體衍射、核磁共振、冷凍電鏡等實(shí)驗(yàn)技術(shù)，來(lái)測(cè)定原子的三維坐標(biāo)，但這些技術(shù)通常存在耗時(shí)長(zhǎng)、花費(fèi)高、無(wú)法保證100%成功的問(wèn)題。在方法上，傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)方法基于能量最小化，需要大量的計(jì)算資源，成功率很低。而深度學(xué)習(xí)技術(shù)可以從同家族蛋白的演化關(guān)系中學(xué)習(xí)并預(yù)測(cè)殘基間的相互作用關(guān)系，對(duì)于蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)領(lǐng)域起到非常關(guān)鍵的作用。

許錦波教授介紹，2016年，團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的深度卷積殘差網(wǎng)絡(luò)，大幅度提高殘基或原子相互作用預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確度。2020年，DeepMind開(kāi)發(fā)的基于注意力機(jī)制的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，都是需要同一個(gè)家族蛋白質(zhì)的序列比對(duì)，如果一個(gè)家族里沒(méi)有足夠的蛋白，這些方法基本上效果都不是很好。

“通過(guò)使用人工智能，我們顛覆了蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)，甚至改變了很多分子生物學(xué)家的研究范式，很多人開(kāi)始使用預(yù)測(cè)的結(jié)構(gòu)去分析蛋白質(zhì)功能?！痹S錦波教授也指出，目前該領(lǐng)域還面臨一些未解決的問(wèn)題，比如當(dāng)一個(gè)家族里只有一個(gè)孤兒蛋白的時(shí)候，還有蛋白質(zhì)的復(fù)合物，現(xiàn)有方法準(zhǔn)確度還不太理想?！拔覀兿Ｍ麥?zhǔn)確預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)在某種特定條件下的結(jié)構(gòu)，和多肽、核酸的相互作用，以及預(yù)測(cè)突變對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)功能的影響?！痹S錦波教授表示。

前瞻對(duì)話(huà)：AI for Science的未來(lái)十年

在前瞻對(duì)話(huà)環(huán)節(jié)，嘉賓們圍繞“AI for Science及AI+生命科學(xué)的未來(lái)十年”，“ AI+生命科學(xué)目前面臨的主要挑戰(zhàn)”，“如何促進(jìn)交叉學(xué)科的融合發(fā)展”以及“產(chǎn)業(yè)角度的應(yīng)用路徑和價(jià)值”等議題展開(kāi)對(duì)話(huà)，分享深刻的洞察與思考。

高文教授指出，AI在未來(lái)十年的生命科學(xué)發(fā)展當(dāng)中，將大有用武之地。例如：人類(lèi)對(duì)于基因組學(xué)的分析，哪些片段具有哪些功能？哪些片段的突變會(huì)為人類(lèi)健康帶來(lái)怎樣的影響？只要獲取到足夠多的數(shù)據(jù)，我們就可以通過(guò)AI來(lái)進(jìn)行計(jì)算、分析，并給出藥物、飲食方面的建議，降低或延緩人類(lèi)的患病速度，提高人們的生活的質(zhì)量。

另外，高文教授還表示，在小分子藥物設(shè)計(jì)領(lǐng)域，AI也將發(fā)揮關(guān)鍵作用。以往，藥物成分大多從自然界中提取，而有了AI的賦能，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能得以高效測(cè)定，我們可以針對(duì)某些蛋白對(duì)癥治療，并通過(guò)生成或設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)制作藥物。預(yù)計(jì)，通過(guò)AI算法以及數(shù)據(jù)模型的不斷演進(jìn)，該領(lǐng)域十年內(nèi)就會(huì)實(shí)現(xiàn)突破。

談到AI+生命科學(xué)的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用價(jià)值，許錦波教授表示，目前AI for Science的產(chǎn)業(yè)化環(huán)境很好，特別是AI for BioTech。國(guó)家在AI for BioTech領(lǐng)域非常重視，投資機(jī)構(gòu)也非常支持硬科技領(lǐng)域的早期、長(zhǎng)期投資。而從產(chǎn)業(yè)角度來(lái)講，由于AI在生物制藥領(lǐng)域?yàn)楦鱾€(gè)環(huán)節(jié)賦能，幫助行業(yè)提升了效率與準(zhǔn)確度，因此AI在該領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化也具有很好的前景。

許錦波教授分享了一組數(shù)據(jù)，他指出，根據(jù)美國(guó)公布的一份報(bào)告顯示，通過(guò)AI的參與，蛋白質(zhì)工程的效率提高了1倍，抗體設(shè)計(jì)的時(shí)間縮短了1倍。“這是一個(gè)非常好的結(jié)果，AI應(yīng)用到生物科技領(lǐng)域時(shí)間并不長(zhǎng)，但已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了較為理想的效果，相信未來(lái)AI的賦能還將幫助整個(gè)行業(yè)實(shí)現(xiàn)更多突破?！彼硎?。

謝曉亮教授也在前瞻對(duì)話(huà)環(huán)節(jié)分享了關(guān)于AI for Life Science的理解與經(jīng)驗(yàn)。他表示，AI for Science目前有很高的關(guān)注度，但仍要在細(xì)分領(lǐng)域中找到突破口，這就需要AI不斷驗(yàn) 證、優(yōu)化和迭代，從而為基礎(chǔ)研究賦能，實(shí)現(xiàn)底層突破。另外，在生命科學(xué)領(lǐng)域，我們需要AI加強(qiáng)對(duì)生命過(guò)程的理解，也需要生命科學(xué)家理解AI可以做什么，當(dāng)他們?cè)谝黄鹋鲎膊庞锌赡墚a(chǎn)生問(wèn)題導(dǎo)向，才可以真正運(yùn)用AI解決重要的生物醫(yī)學(xué)問(wèn)題。

關(guān)于《理解未來(lái)》
《理解未來(lái)》科學(xué)講座是未來(lái)論壇面向公眾開(kāi)放的高質(zhì)量科學(xué)公益講座，是聯(lián)結(jié)科學(xué)與公眾的橋梁與紐帶，是帶領(lǐng)公眾探尋世界前沿最新科技的“望遠(yuǎn)鏡”。講座目前已成功舉辦70余場(chǎng)，超過(guò)140位科學(xué)家參與其中，包括：潘建偉、田剛、謝曉亮、Kip Thorne、陳列平、Phil Baran、李凱、薛其坤等。2022年，在科學(xué)面臨歷史性機(jī)遇，站在第四范式時(shí)代門(mén)檻的今天，《理解未來(lái)》將更加關(guān)注和聚焦前沿交叉領(lǐng)域和科學(xué)熱點(diǎn)的系列話(huà)題，"AI+生命科學(xué)"將作為該系列的首個(gè)主題，邀請(qǐng)最具洞察力和前瞻性的國(guó)內(nèi)外科學(xué)家擔(dān)任主講及對(duì)話(huà)嘉賓，介紹最新科研突破，分享前沿科技信息，探討跨學(xué)科交叉領(lǐng)域的融合創(chuàng)新。