AIVC只是前菜！复旦提出生命算子，统一生命建模
允中 发自 凹非寺 量子位 | 公众号 QbitAI 虚拟细胞 ，已经成为AI与生物交叉领域最火热的方向之一。 去年6月，Arc Institute发起虚拟细胞挑战赛，吸引了来自114个国家的5000多名注册者和1200多支参赛队伍角逐；今年第二届赛事热度更高，从8月20日正式开赛，仅一周，全球报名人数已突破2500人，近300支团队已经上榜竞技。 比赛问题很直接：能不能先在计算机里“养”出一个细胞，然后用它替代一部分真实实验？这就是虚拟细胞（AI Virtual Cell），也就是AIVC想做的事情。 但问题也恰恰出在这里。 人不是一个细胞。 一种药进入人体之后，可能先改变分子通路，接着影响细胞状态，再改变组织微环境，最后传导到器官功能，才变成医生看到的一张CT、一段心电图，或者患者真正感受到的症状。 也就是说生命不是单尺度运行的，它是一套从细胞、组织、器官到人体层层耦合的系统。 可现在，大多数模型仍然各算各的。做单细胞的停在单细胞，做蛋白的停在蛋白，做器官数字孪生的又是另一套体系。 所以，AIVC之后还有一个更难的问题： 如果细胞已经可以被模拟，那么整个生命系统怎么计算？ 今天，复旦大学上海医学院王烁与香港科技大学郭毅可教授发布了一篇预印本，尝试系统性地回答这个问题。 他们给出的方案是： 生命算子（Life Operators） △“生命算子”预印本，地址：https://doi.org/10.5281/zenodo.2 不造一个更大模型，而是先把生命进行数学化 生命算子的思路和现在流行的“把模型越做越大”不太一样。团队先做了一件更基础的事： 把生命计算拆成可以组合的基础单元。 在这套框架里，生命被看成一个开放、随机、受控、部分可观测的多尺度动力系统。 换句话说，我们平时真正看到的，其实不是“生命状态”本身。 医生看到的是CT、MRI、化验结果和病历，生物学家看到的是基因表达、蛋白和细胞形态，这些更像是生命内部状态投射出来的信号。 所以，要想真正推演生命，至少要回答三个问题： 现在是什么状态？接下来会怎么变？变化以后，我们会看到什么？ △未来医学需要全尺度生命建模 于是，生命算子被拆成三类。 第一类是 感知算子（Perception Operator） ，负责从影像、组学、心电、病历这些外部观测里，反推出系统当前真正处于什么状态。 第二类是 演化算子（Evolution Operator） ，负责向前推演：疾病如果自然发展，会怎样？换一种药、换一个剂量、换一种器械，又会怎样？它要回答的，其实是医疗里最难的那个问题：“如果这样做，接下来会发生什么？” 第三类是 生成算子（Generation Operator） ，假设系统真的进入某种状态，它负责再生成对应的影像、波形、病理表现和临床结果。 △三类算子示意图 三类算子连起来，就形成一个闭环。从观测重建状态，从状态推演未来，再从未来生成能够被观察到的结果。新的检查结果来了，系统再回来校准自己。 但真正麻烦的问题还在后面：细胞、组织、器官各有各的模型，它们怎么说同一种“语言”？ 生命算子为此设计了一个 尺度桥（Scale Bridge） ，类似于不同尺度之间的“翻译器”。 细胞模型不需要把全部细节都传给器官模型，只需要传递器官真正需要的信息，比如材料参数、源项、边界条件或者概率约束。 反过来，器官层面的压力、负荷和药物暴露，也可以再传回组织和细胞。 于是，不同尺度第一次有机会真正接起来，这些算子最后会被组装成一张Life Operator Graph。 △生命算子试图统一全尺度生命建模 但这张图并不是越大越好。 比如只是预测一种心脏器械植入后的效果，就没必要从DNA一路模拟到整个人体。系统只调用这个任务真正需要的那几个尺度。 能少算，就不多算。 生命算子追求的并不是1:1复制一个人，而是针对具体医学问题，找到足够有效、同时能够被验证的那部分生命状态。 而且算子不是写死的。 新数据出现以后，AI可以提出新版本，再用独立数据、前瞻性研究甚至真实实验去验证。 验证通过，就升级；证据不足，就限制使用。被新证据推翻，就休眠或者淘汰。 团队把这套机制称为：证据驱动的自进化。 不是让AI自己“想象”科学规律，而是让模型在新证据里不断接受考试， 这样生命算子就有了自进化的机制。 生命算子，已初步由6篇硬核Nature系列期刊支撑 今天正式提出的“生命算子”，它的背后技术其实已经酝酿多年。过去的几年间，王烁团队已经在 消化内镜、肾癌、心血管 等领域陆续搭建起不少关键能力。 先是内镜。团队提出EndoKED，把大语言模型和视觉模型接起来，从大规模内镜图文记录中自动提取知识，再进一步形成像素级标注。 研究使用了约100万张多中心内镜图像，并发表于Nature Biomedical Engineerin
