時(shí)光如白駒過隙，轉(zhuǎn)眼間已是新的一年，那些舊歲未完成的夢(mèng)想又將翻開新章。去年底英國(guó)《自然》雜志刊文預(yù)測(cè)的2024年十大科學(xué)進(jìn)展中，人工智能的進(jìn)步和ChatGPT人工智能占據(jù)前兩位。人工智能的發(fā)展，在過去一年中已有無數(shù)突破，也引起了廣泛的爭(zhēng)議，但不可否認(rèn)的是，人工智能已成為未來已來的標(biāo)志，將在當(dāng)下和今后繼續(xù)走近和影響人們的生活，并對(duì)人類社會(huì)進(jìn)步產(chǎn)生廣泛而深刻的影響。那么，人工智能對(duì)于科學(xué)而言，它的哪些成果將帶來有益的發(fā)展？今天我們請(qǐng)知名科普作者張?zhí)锟眮砹牧倪@個(gè)話題。
（1）國(guó)產(chǎn)“PANDA”用于胰腺癌早篩
人工智能逐漸走入人們的生活，其中在疾病診治領(lǐng)域，人工智能已發(fā)揮出較強(qiáng)的影響力。
被稱為“癌王”的胰腺癌5年生存率極低，美國(guó)癌癥協(xié)會(huì)2023年最新數(shù)據(jù)顯示，胰腺癌患者的5年生存率為11%-12%，中國(guó)的最新數(shù)據(jù)為7.20%。患者如果能盡早發(fā)現(xiàn)病情并實(shí)施手術(shù)，療效相對(duì)更好，但是，胰腺癌往往不易查出，確診時(shí)大多已是晚期。因此，采用人工智能技術(shù)幫助早期診斷胰腺癌和其他癌癥，是科學(xué)家寄予厚望的努力方向。
最近，上海市胰腺疾病研究所與阿里達(dá)摩院、浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第一醫(yī)院等機(jī)構(gòu)聯(lián)合，采用“平掃CT聯(lián)合人工智能”（平掃CT+AI）進(jìn)行大規(guī)模的胰腺癌早期篩查，在真實(shí)世界中的敏感性達(dá)92.9%（判斷存在胰腺腫瘤的準(zhǔn)確率）、特異性達(dá)99.9%（判斷無腫瘤的準(zhǔn)確率）。這一結(jié)果發(fā)表在國(guó)際一流期刊《自然-醫(yī)學(xué)》上，該期刊還專門刊登評(píng)論文章稱：人工智能和基于圖像的癌癥篩查，即將迎來黃金時(shí)代。
我國(guó)研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)并訓(xùn)練了一種基于人工智能的胰腺癌早期篩查模型PANDA（Pancreatic Cancer Detection with AI），利用AI放大并識(shí)別平掃CT圖像中肉眼難以識(shí)別的細(xì)微病灶特征。結(jié)果顯示，PANDA能夠在平掃CT上準(zhǔn)確地檢測(cè)和診斷胰腺導(dǎo)管腺癌（胰腺癌中最常見的類型，占90%以上）和非胰腺導(dǎo)管腺癌病變，并可隨時(shí)用于大規(guī)模無癥狀患者群體的篩查。
與增強(qiáng)CT相比，對(duì)患者使用平掃CT可減少輻射劑量，且能消除患者因?qū)Ρ葎┊a(chǎn)生不良反應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)。臨床上，即使是經(jīng)驗(yàn)豐富的放射科醫(yī)生也難以通過平掃CT來識(shí)別胰腺導(dǎo)管腺癌，但PANDA與平掃CT結(jié)合使用，在鑒別常見胰腺病變亞型方面有一定優(yōu)勢(shì)。研究人員收集了多家醫(yī)療機(jī)構(gòu)3208例真實(shí)患者的數(shù)據(jù)訓(xùn)練PANDA，然后用于10個(gè)醫(yī)學(xué)中心6239例患者的驗(yàn)證。結(jié)果顯示，這一模型識(shí)別胰腺導(dǎo)管腺癌的靈敏度和特異性表現(xiàn)優(yōu)秀。
PANDA有望作為一種新的大規(guī)模胰腺癌篩查工具，在醫(yī)院或體檢中心廣泛應(yīng)用。目前，該模型已在就醫(yī)、體檢等場(chǎng)景中被使用超過50萬次，假陽性非常低。除用于胰腺癌診斷篩查之外，研究團(tuán)隊(duì)正在聯(lián)合全球多家一流醫(yī)療機(jī)構(gòu)，利用PANDA與平掃CT檢查更多的癌癥，包括食管癌、肺癌、乳腺癌、肝癌、胃癌、結(jié)直腸癌等6種高發(fā)癌癥。
（2）GPT等生成式AI將更新迭代
展望今年的人工智能發(fā)展，《自然》雜志列出了幾個(gè)代表性AI模式的出現(xiàn)和作用，比如，GPT-5將會(huì)問世，而且可能比其前身GPT-4展示出更先進(jìn)的功能。同時(shí)，GPT-4的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手Gemini（另一個(gè)生成式AI工具）和其他AI工具也將推出。
GPT-5和Gemini都是大語言模型，也是生成式人工智能，可用于創(chuàng)建新的內(nèi)容和想法，包括對(duì)話、故事、圖像、視頻和音樂等。因此，它們不僅能生成多種語言文字、翻譯作品，還能生成藝術(shù)產(chǎn)品，用于科研和教學(xué)。
生成式人工智能模型在人的交流和服務(wù)方面具有巨大潛力。不同的語言導(dǎo)致生活在不同地區(qū)的人類有交流障礙，同聲翻譯AI軟件可能有助于解決這一難題。美國(guó)的元宇宙（Meta）公司研發(fā)出開源無縫交流語音翻譯模型Seamless，谷歌公司則研發(fā)了無監(jiān)督語音翻譯AI系統(tǒng)Translation 3。其中，元宇宙公司的Seamless是個(gè)“大一統(tǒng)模型”，集成了其他3款深度學(xué)習(xí)模型的全部功能，可以實(shí)時(shí)進(jìn)行更自然、更真實(shí)的跨語言交流。谷歌公司的Translation 3在翻譯詞匯的同時(shí)，還能處理停頓、語速、說話者身份等非文本語音的細(xì)微差異。
更為神奇的是，人工智能軟件還有望用于“嗅聞”氣味，并分析氣味分子的結(jié)構(gòu)。目前，人們可以用波長(zhǎng)來研究視覺、用頻率來研究聽覺，并可通過儀器進(jìn)行測(cè)量和評(píng)估，但還無法根據(jù)分子結(jié)構(gòu)來測(cè)量或準(zhǔn)確預(yù)測(cè)物質(zhì)分子的氣味。
美國(guó)谷歌公司、莫奈爾化學(xué)感官中心和英國(guó)雷丁大學(xué)等研究機(jī)構(gòu)的研究人員研發(fā)了一種僅根據(jù)分子結(jié)構(gòu)就能預(yù)測(cè)其氣味特征的AI工具，它可以識(shí)別外觀不同但氣味相同的分子，還可以識(shí)別外觀非常相似但氣味完全不同的分子。
這個(gè)AI系統(tǒng)被稱為氣味圖譜（odor map），經(jīng)過氣味分子的大數(shù)據(jù)訓(xùn)練，它不僅適用于辨別已知的氣味物質(zhì)，也可用來辨識(shí)結(jié)構(gòu)非常相似的氣味物質(zhì)，還可以描述具有不同分子特征的大量不相關(guān)分子。從應(yīng)用場(chǎng)景來看，氣味圖譜不僅可以用于食品和農(nóng)業(yè)，以預(yù)測(cè)和發(fā)現(xiàn)新的化合物、香料和食物，還可以用于化工產(chǎn)品和化妝品的研發(fā)以及生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，其“嗅覺”靈敏度比狗的鼻子還可靠。
（3）對(duì)付抗生素耐藥菌有新突破
《自然》雜志預(yù)測(cè)，今年，深度思考人工智能公司將發(fā)布人工智能工具阿爾法折疊（AlphaFold）的新版本。此前，研究人員已經(jīng)用阿爾法折疊的舊版本高精度預(yù)測(cè)了蛋白質(zhì)的3D形狀，而新的阿爾法折疊將以原子精度模擬蛋白質(zhì)、核酸和其他分子之間的相互作用，這一突破將為藥物研發(fā)開辟新的途徑。
人工智能在化學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、藥學(xué)方面更能大展身手，最主要的原因是它能快速發(fā)現(xiàn)新物質(zhì)、發(fā)明新材料。
所有人都會(huì)生病，過去人類為此使用了太多抗生素，再加上在養(yǎng)殖業(yè)中對(duì)動(dòng)物使用的抗生素，使得很多細(xì)菌的耐藥性大增。早在幾年前，世界衛(wèi)生組織就警示，如果人類沒有節(jié)制地使用抗生素，未來感染性疾病將陷入無藥（抗生素）可用的困境。
或許，人工智能的介入可解決這一難題。美國(guó)麻省理工學(xué)院一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)發(fā)表的研究成果顯示，人工智能從上千萬種化合物中識(shí)別出了一類新型抗生素類型，它可以殺死臨床上常見的超級(jí)細(xì)菌——耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（MRSA）。
研究團(tuán)隊(duì)通過測(cè)試約3.9萬種化合物對(duì)耐甲氧西林金黃色葡萄球菌的抗生素活性來生成訓(xùn)練數(shù)據(jù)，然后將這些數(shù)據(jù)以及化合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)信息輸入一個(gè)深度學(xué)習(xí)模型。與此同時(shí)，研究團(tuán)隊(duì)還訓(xùn)練了3個(gè)額外的深度學(xué)習(xí)模型，以預(yù)測(cè)這些化合物是否對(duì)3種不同類型的人類細(xì)胞有毒性。最終研究人員發(fā)現(xiàn)，一些化合物既可以殺死細(xì)菌，又對(duì)人體產(chǎn)生的不良影響最小。
研究團(tuán)隊(duì)篩選出大約1200萬種化合物，人工智能模型根據(jù)分子內(nèi)的化學(xué)亞結(jié)構(gòu)識(shí)別出5種不同類別的化合物，并預(yù)測(cè)它們可對(duì)抗耐甲氧西林金黃色葡萄球菌。最后，人工智能模型選出兩種化合物，認(rèn)為是最好的抗生素候選者。
之后，研究團(tuán)隊(duì)用兩種小鼠模型來驗(yàn)證抗生素候選者，一種是耐甲氧西林金黃色葡萄球菌皮膚感染小鼠模型，另一種是耐甲氧西林金黃色葡萄球菌系統(tǒng)感染小鼠模型。結(jié)果顯示，這兩種抗生素候選者均明顯降低了耐甲氧西林金黃色葡萄球菌的數(shù)量。也就是說，人工智能模型選出來的化合物對(duì)耐甲氧西林金黃色葡萄球菌的局部和全身感染都有效，適合進(jìn)一步研發(fā)并用于治療嚴(yán)重的、敗血癥相關(guān)的耐藥菌感染。
耐甲氧西林金黃色葡萄球菌是一種革蘭氏陽性菌，具有較厚的細(xì)胞壁。進(jìn)一步的研究表明，這兩種抗生素候選者能破壞該細(xì)菌的細(xì)胞壁，卻不會(huì)對(duì)人類細(xì)胞膜造成實(shí)質(zhì)性損害，對(duì)人類細(xì)胞是安全的。我們有理由相信，未來人工智能還可以篩選出更多的抗生素用于治療疾病。
（4）研究“AI會(huì)不會(huì)產(chǎn)生意識(shí)”很必要
有意思的是，《自然》雜志還把關(guān)于意識(shí)的辯論和發(fā)現(xiàn)列入了今年的科學(xué)進(jìn)展，認(rèn)為這不僅是對(duì)人類基于大腦和神經(jīng)產(chǎn)生意識(shí)的研究，也表明在這個(gè)基礎(chǔ)上可以獲得關(guān)于人類心理學(xué)和哲學(xué)研究的突破。當(dāng)然，關(guān)于這項(xiàng)研究最大的爭(zhēng)議仍然是人工智能是否會(huì)產(chǎn)生意識(shí)，以及人類如何對(duì)待可能擁有意識(shí)的人工智能。
此前，鄧普頓世界慈善基金會(huì)資助3000萬美元對(duì)意識(shí)產(chǎn)生的兩種主要理論進(jìn)行研究和驗(yàn)證，一是整合信息理論，二是全局神經(jīng)元工作空間理論。來自不同實(shí)驗(yàn)室的研究者利用功能性磁共振成像、腦磁圖和腦電圖，研究了256名人類參與者視覺體驗(yàn)的內(nèi)容和持續(xù)時(shí)間的神經(jīng)相關(guān)性。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在視覺皮層、腹顳葉皮層和額葉下皮層中存在反映意識(shí)內(nèi)容的信息；在枕葉皮層和外側(cè)顳葉皮層中的持續(xù)反應(yīng)反映了刺激持續(xù)時(shí)間；在額葉和早期視覺區(qū)域之間存在內(nèi)容特異性同步。
簡(jiǎn)單來說，這些結(jié)果證實(shí)了整合信息理論和全局神經(jīng)元工作空間理論的一些預(yù)測(cè)，但這兩種理論都不能解釋意識(shí)是如何產(chǎn)生的�！蹲匀弧冯s志預(yù)測(cè)，在今年年底之前，科學(xué)家會(huì)對(duì)意識(shí)的神經(jīng)基礎(chǔ)有新的認(rèn)識(shí)，并公布新的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
與此相關(guān)聯(lián)的是，人工智能是否真的會(huì)產(chǎn)生意識(shí)？有科學(xué)家擔(dān)心，如果人工智能演化出意識(shí)，就有可能從人控制人工智能轉(zhuǎn)化為人工智能控制人，那將是人類的末日。盡管更多的人對(duì)“人工智能產(chǎn)生意識(shí)”這個(gè)假設(shè)不屑一顧，但是數(shù)學(xué)意識(shí)科學(xué)協(xié)會(huì)（AMCS）的成員呼吁聯(lián)合國(guó)提供更多資金，來支持意識(shí)和人工智能的研究。該協(xié)會(huì)稱，迫切需要對(duì)有意識(shí)和無意識(shí)系統(tǒng)之間的界限進(jìn)行科學(xué)調(diào)查，這涉及倫理、法律和安全問題。這些問題使得理解人工智能意識(shí)變得至關(guān)重要，例如，如果人工智能發(fā)展出意識(shí)，是否應(yīng)該允許人們?cè)谑褂煤竽苡行Ф?jiǎn)單地將其關(guān)閉？
當(dāng)前，國(guó)際上有一些研究人員預(yù)測(cè)，人工智能產(chǎn)生意識(shí)將在5-20年內(nèi)實(shí)現(xiàn)。但事實(shí)是，這一結(jié)論缺少研究支持，2023年沒有一項(xiàng)資助是用于“研究人工智能產(chǎn)生意識(shí)”的。數(shù)學(xué)意識(shí)科學(xué)協(xié)會(huì)的研究人員認(rèn)為，了解什么可以使人工智能有意識(shí)，才能評(píng)估有意識(shí)的人工智能系統(tǒng)對(duì)社會(huì)所帶來的影響，包括它們可能引發(fā)的危險(xiǎn)及如何應(yīng)對(duì)這種危險(xiǎn)。
無論如何，在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，研究人工智能是否會(huì)產(chǎn)生意識(shí)并得出確切結(jié)論，對(duì)于人類社會(huì)文明的未來極具意義，屆時(shí)，再評(píng)估人工智能對(duì)于人類社會(huì)文明是恩惠還是負(fù)擔(dān)也不遲。
