Илјадници агенти со ВИ откриваат нови насоки во биолошки податоци
Како OpenAI, PerturbAI и Scripps Research користеа дистрибуирани агенти со ВИ за да им помогнат на научниците да откријат ветувачки истражувачки насоки во податоци од милиони мозочни клетки
Погледнете како OpenAI, PerturbAI и Scripps Research паралелно ангажираа илјадници агенти со ВИ за да откријат ветувачки биолошки врски во сложени податоци од милиони мозочни клетки.
Видео: PerturbAI.
Што ако научниците би можеле да откриваат нови траги за Алцхајмеровата и Паркинсоновата болест за неколку минути наместо за месеци? Во заедничка соработка, OpenAI, PerturbAI(се отвора во нов прозорец) и Scripps Research(се отвора во нов прозорец) искористија илјадници агенти со вештачка интелигенција засновани на GPT‑Rosalind(се отвора во нов прозорец) за да анализираат и толкуваат постојни експериментални податоци од милиони клетки од мозокот на глувци(се отвора во нов прозорец) за само 32 минути. Агентите ги поврзаа ефектите од нарушувањето на функцијата на гените со наоди од научната литература, откривајќи неочекувани биолошки врски што можат да им помогнат на научниците да ги разберат болестите и да препознаат истражувачки насоки за нови третмани. Овој труд покажува како вештачката интелигенција може да им помогне на истражувачите да истражат поголем дел од она што го откриваат големите биолошки експерименти.
Современите експерименти создаваат многу повеќе податоци отколку што научниците можат темелно да истражат. Истражувачите сега можат да изменуваат илјадници гени и да ги мерат нивните ефекти врз милиони клетки. Но, за да се разбере што значат овие резултати за болестите кај луѓето, потребно е сложените експериментални наоди да се поврзат со научното знаење собирано со децении и расфрлано низ различни извори. Токму тука вештачката интелигенција може да им помогне на научниците да откријат ветувачки насоки што инаку би можеле да останат незабележани.
„Создаваме клеточни атласи за другите научници да можат да дојдат до откритија што ние сѐ уште не сме ги ни замислиле. Вештачката интелигенција би можела да им помогне на повеќе истражувачи да ги истражат овие ресурси и да ги претворат неочекуваните набљудувања во нови прашања за испитување.“
Тимот ја подели анализата меѓу илјадници агенти со вештачка интелигенција засновани на GPT‑Rosalind — пристап што го нарекуваме дистрибуирано биолошко расудување. Агентите го испитаа CRISPR-атласот на целиот мозок(се отвора во нов прозорец), збир податоци што покажува како влијае нарушувањето на функцијата на гените врз различни типови клетки низ мозокот на глувците. Секој агент истражуваше нарушување на функцијата на еден ген, ги анализираше клеточните реакции, пребаруваше научна литература и предлагаше објаснувања за резултатите. Нивните извештаи беа обединети во атлас на расудување што ги поврзува гените, клеточните ефекти, релевантните публикации и можните биолошки механизми.
Истражувачкиот тим процени дека споредлива анализа и преглед на литературата од страна на луѓе, со обработка на една по една пертурбација, би траеле од неколку месеци до една година. Агентите ги репродуцираа наодите од анализите спроведени од луѓе, а воедно открија и дополнителни насоки за истражување. Нивните процени за новината и научната вредност исто така се совпаѓаа со процените на експерти што не знаеја чии резултати оценуваат. Овие наоди помагаат да се одредат приоритетите за понатамошните експерименти потребни за тестирање на предложените биолошки механизми.
Некои од овие сознанија отвораат нови насоки за разбирање на мозочните болести. Агентите открија неочекувани разлики во влијанието на два гена поврзани со болести врз мозочните клетки, како и можна врска меѓу регулацијата на холестеролот и невродегенерацијата. Овие наоди би можеле да им помогнат на научниците да истражат како се развиваат болестите и каде би можеле да дејствуваат идните третмани.
„Понекогаш трагите се веќе тука, расфрлани низ различни области — само сѐ уште не сме ги поврзале. Можната врска меѓу функцијата на невроните и метаболизмот на холестеролот покажува како овие делови, кога ќе се спојат, можат да ни понудат нов начин на размислување за биологијата на болестите.“
Истражувачите можат да почнат да ги истражуваат овие наоди уште денес. Атласот на расудување е достапен(се отвора во нов прозорец) и им овозможува на научниците да споредуваат сродни гени, да истражуваат неочекувани реакции и да препознаваат ветувачки насоки за понатамошна работа. Новите откритија често се раѓаат кога истражувачи од различни области ја здружуваат својата стручност и поврзуваат познати идеи на неочекувани начини. Вештачката интелигенција може значително да го прошири обемот на овие поврзувања, спојувајќи ги новите податоци со знаењето расфрлано низ различни дисциплини. Можностите не се ограничени само на побрза анализа на податоци. Со здружување на вештачката интелигенција со експерименталната биологија, човечката стручност и научната литература, можеме да им помогнеме на научниците да претворат поголем дел од своите податоци во идеи што може да се тестираат.
Некои од најинтересните траги во еден експеримент се наоѓаат надвор од прашањето што научниците првично тргнале да го истражуваат. Во збир податоци што опфаќа илјадници пертурбации, тие траги лесно може да останат незабележани.
Агентите открија неочекувана разлика меѓу Tsc1 и Tsc2, два гена што заедно ја контролираат активноста на mTOR, главен регулатор на клеточниот раст, метаболизмот и стареењето. Нарушувањето на функцијата на кој било од двата гена имаше слични ефекти во неколку групи неврони. Но во малиот мозок, кој помага во координацијата на движењата, нарушувањето на функцијата на Tsc2 ја промени активноста на десетици гени вклучени во комуникацијата меѓу невроните, додека нарушувањето на функцијата на Tsc1 предизвика мали промени.
Таа разлика може да биде важна за болестите кај луѓето. Кај луѓето со туберозна склероза, абнормалностите во малиот мозок се тесно поврзани со мутациите на TSC2. Иако лековите што ја намалуваат активноста на mTOR можат да лекуваат одредени мозочни тумори и епилептични напади, тешкотиите во учењето и однесувањето поврзани со болеста и понатаму тешко се третираат. Агентите посочија конкретна група неврони и клеточни промени што вреди да се истражат: кои промени би можеле да ги коригираат постојните лекови, а кои би можеле да упатат на нови пристапи во лекувањето? Ова им дава на истражувачите поконкретни прашања што можат да ги испитаат во лабораторија.
Може ли еден агент со пристап до целиот збир податоци да биде подеднакво успешен како илјадници агенти што работат паралелно? Го тестиравме ова со ист модел и исти ресурси. Како што растеше обемот на работа, единечниот агент пребаруваше сѐ помал дел од литературата, цитирајќи само 11 референци при најголемиот обем, додека дистрибуираните агенти цитираа повеќе од 700 референци. И експертите им дадоа предност на толкувањата на дистрибуираните агенти.
Научниците имаат ограничено време и често се фокусираат на најсилните сигнали во своите податоци. Дистрибуираните агенти можат да помогнат да се испита поширок опсег на реакции, вклучувајќи ги суптилните или неочекуваните, и да се поврзат со релевантната научна литература. Паралелната работа на агентите овозможува истовремено истражување на многу пертурбации. Ова им помага на научниците да истражат повеќе од содржината на еден експеримент и да препознаат ветувачки насоки што инаку би можеле да останат незабележани.
При најголемиот обем на работа, дистрибуираните агенти цитираа повеќе од 700 референци, наспроти 11 кај единечниот агент.
Еден наод станува повреден кога упатува на експеримент што вреди да се спроведе. Агентите најдоа една таква насока во DCTN1, ген чии мутации го предизвикуваат Периевиот синдром, невродегенеративна болест со симптоми слични на оние кај Паркинсоновата болест.
DCTN1 учествува во транспортот на материи во невроните. Во CRISPR-атласот на целиот мозок, нарушувањето на функцијата на Dctn1 ја зголеми експресијата на гените вклучени во создавањето холестерол. Агентите го поврзаа ова набљудување со истражувања што укажуваат дека проблемите со транспортот на холестерол може да ги поттикнат клетките да создаваат повеќе холестерол. Ова отвори прашање за понатамошни експерименти: дали нарушувањето на функцијата на DCTN1 може да ја промени распределбата на холестеролот во невроните и дали тие промени може да придонесат за невродегенерација? Ако е така, дали обновувањето на нормалната распределба на холестеролот би можело да помогне во заштитата на невроните?
И експертите ја оценија оваа хипотеза како нова, значајна и вредна за понатамошно истражување. Овој пример покажува како поврзувањето на неочекуван резултат со постојното знаење може да претвори една трага во идеја што може да се тестира, а потенцијално и во нова насока за лекување болести.
Во споредби при кои не знаеја кој ги изработил извештаите, експертите им дадоа предност на извештаите од дистрибуираните агенти пред оние од единечен агент во 75% од случаите.
Научниците остануваат во средиштето на процесот на откривање. Со откривање повеќе ветувачки насоки, вештачката интелигенција може да им помогне на истражувачите да одлучат кои идеи да ги истражуваат понатаму, да осмислуваат експерименти и да ги толкуваат резултатите. Целта е поголем дел од информациите во биолошките експерименти да се претвори во знаење што со текот на времето може да помогне во насочувањето на развојот на подобри лекови.
