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世界模型進入生命科學 AI開始預演生命下一步|從AlphaFold到虛擬細胞

By LC
July 31, 2026 1 Min Read
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AI開始預演生命。過去三個月,生物學界密集迎來多個世界模型:3月,Evo2基因組模型登上《自然》,可一次處理100萬個核苷酸;5月,Biohub發布蛋白質結構預測模型ESMFold2,附帶資料庫涵蓋11億個預測蛋白質結構;7月,百曜科技推出擁有120億參數的單細胞模型CellOS。它們的共同點是:不再滿足於靜態描述一個蛋白質、一個細胞,而是企圖在電腦裡推演生命下一刻的狀態。

這個方向,DeepMind聯合創辦人哈薩比斯早已點明。他多次公開說,AlphaFold只是AI用於科學研究的第一個例子,未來要用世界模型真正模擬生命——從一條訊號通路,到一個細胞,一個器官,以至完整生命體。現在,不止DeepMind,連扎克伯格夫婦、阿里達摩院以至多家中國初創,都在朝這個方向競速。

為什麼要用世界模型模擬生命?

因為疾病本身是一部電影,不是一張照片。無論CT、超聲波還是基因測序,本質上都是記錄生命某一時刻的狀態。但一個癌細胞從基因突變到轉移,可能歷經多年;阿爾茨海默病在症狀出現前十幾年,病理變化已經開始。傳統診療手段只能看到某一幀,據此判斷全貌,難免刻舟求劍。

世界模型正是為了處理這種時空連續、多尺度耦合的問題而生。人體由基因、蛋白質、細胞、組織、器官構成,每個層級互相影響,形成一個龐大動態網絡。世界模型不單可以綜合這些維度,還能與治療動作結合:如果動手術會怎樣?如果改用另一種藥,病情會否不同?這就是反事實推演,是傳統靜態模型無法做到的。

在臨床上,這種能力首先指向精準醫療。現有臨床試驗給出的是群體平均最優解,但每個病人的體質、基因、病程都不同,同一方案效果天差地別。世界模型可以針對同一個病人模擬無數條治療路徑,找出最適合的藥物劑量和聯合療法,實現所謂N-of-1的個人化治療。美國AI醫療公司NOETIK開發的腫瘤模型OCTO,已取得數千名患者的腫瘤樣本數據,既可評估治療方案,也可充當藥物研發模擬器。

密集落地:從蛋白質到虛擬細胞

動力正來自各方。DeepMind的AlphaFold在2020年解決蛋白質結構預測後,哈薩比斯一直強調要走向動態生命的模擬。Biohub由扎克伯格夫婦創立,長期關注虛擬細胞,今年5月公布ESMFold2及配套資料庫ESM Atlas,規模超過Google的AlphaFold資料庫——11億個預測結構、68億條蛋白質序列,而且完全開源,商業使用不限。緊接著Biohub再宣布投入5億美元,啟動為期五年的虛擬生物學計劃,建立開放的多模態數據基礎,目標是構建人類細胞的預測模型。

中國團隊亦不甘後人。阿里達摩院4月發布生成式細胞世界模型「靈樞細胞」,採用掩碼離散擴散架構,可對約18,000個基因進行全轉錄組建模,在虛擬細胞挑戰賽25支隊伍中綜合排名最佳。百曜科技7月發布的CellOS,以3.905億個人類單細胞轉錄組訓練、120億參數,號稱全球最大單細胞基礎模型,並率先把世界模型理念引入AI細胞模型。另一家公司英靈殿則推出全模態分子世界模型ODesign,將蛋白質、DNA、RNA、小分子納入同一生成框架,據報RNA設計成功率約為現有工具的兩倍,蛋白-RNA複合體零樣本設計成功率高達77.9%,候選分子已在8個靶點取得nM至pM級親和力。

技術路線分化:觀測空間 vs 潛空間

技術路線也開始分化。一種是觀測空間建模,用擴散模型或Transformer直接在可見層面預測干預結果,例如腫瘤形態、生理訊號變化,輸出直觀,但缺乏底層生物機制約束,有時看似逼真,實則經不起推敲。另一種是潛空間建模,在壓縮空間中預測核心表徵,不執著於逐像素還原,計算效率更高,適合長週期病情推演。兩種路線未必要分勝負,將來很可能融合:既在潛空間演化,再錨定回真實可觀測的生物指標。

嵌入科學發現智能體

還有一個方向是把世界模型嵌入科學發現智能體,成為AI的「內部大腦」:在動手做實驗之前,先在虛擬空間推演數以千計的可能路徑,篩選最具價值的研究方向。這被認為有望改寫「提出問題—實驗驗證—得出結論」的傳統科研流程,把大量試錯搬到雲端。

能預演,不等於能預言

不過,對生物世界模型的期望,需要保持分寸。生命系統的高度複雜,至今無法被完整還原;模型預測範圍、長期推演能力及準確性都有明顯局限。更關鍵的是,這類模型直接觸及醫療決策,安全要求遠高於一般AI。如果用錯,後果不是一個推薦廣告那麼簡單。

業界已有反思聲音。上海人工智能實驗室主任周伯文在7月的WAIC 2026科學前沿論壇上直言,目前AI產出的科學工作幾乎是增量發現,尚未出現根本性突破,原因在於模型「只觀察、不介入」,缺乏因果與長程回饋。華大智造首席AI官楊夢也提醒,AI for Bio下一場競爭的關鍵,在於真正把「實驗閉環驗證」做出來。換句話說,世界模型再強,仍需要真實實驗確認,不能只停留在預測與模擬。

也有具體案例說明潛力與界限。中科院等機構在WAIC展示的CENO系統,挖掘抗菌物質成功率是人類專家的90倍,但所有候選物質仍須通過實驗驗證,才能成為真正的藥物。Evo2模型對BRCA1基因變異分類準確率超過九成,但這只是基因層面的判斷,離預測一個人會不會患癌,還很遠。

因此,未來較長時間內,生物世界模型更可能以科研輔助工具、臨床輔助決策系統的形式出現,而非直接面向個人的健康預言。它可以幫助醫生理解疾病演變、評估干預方案、優化實驗設計,但無法取代專業醫療判斷,也不應成為個人自行診斷的依據。世界模型的預測,本質上是基於已有數據的概率推演,不是神諭。

況且,人體並非標準化實驗室,遺傳、生活習慣、環境都會影響結果,不確定性必須被保留。模型不僅要給出預測,還要持續根據真實世界回饋更新;它不能是「黑箱」,必須讓科學家和醫生理解預測背後的依據,才能判斷是否值得信賴。

人類認識生命,過去靠顯微鏡、測序儀和統計學,得以看見生命,卻無法推演生命。世界模型嘗試回答的,不是「生命是什麼」,而是「生命接下來會怎樣」。如果說顯微鏡開啟了細胞時代,測序技術開啟了基因時代,世界模型或許正在把生命科學帶入「可計算演化」的時代——屆時,我們可以在數碼空間中預先走一遍生命的可能路徑,再決定手中的實驗與治療,該往哪個方向使力。

Tags:

AI醫療AlphaFold世界模型生命科學虛擬細胞
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