[所屬分類:行業(yè)動(dòng)態(tài)] [發(fā)布時(shí)間:2023-6-28] [發(fā)布人:邵玉倩] [閱讀次數(shù):] [返回]

院士專家共議：生物信息學(xué)的下一個(gè)十年
作者：韓揚(yáng)眉 來源：中國(guó)科學(xué)報(bào)
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“十年來，數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)與生命科學(xué)交叉領(lǐng)域發(fā)生了顯著的變化，如今伴隨著大模型、人工智能等給我們提出了巨大挑戰(zhàn)，也到了學(xué)科必須‘交叉’的時(shí)候，這無論對(duì)現(xiàn)代科學(xué)的發(fā)展，還是服務(wù)國(guó)家戰(zhàn)略需求，都是非常重要的。”中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)院數(shù)學(xué)與系統(tǒng)科學(xué)研究院研究員馬志明為青年科研人員鼓舞打氣。
近年來，ChatGPT等深度學(xué)習(xí)大模型的誕生，給幾乎各個(gè)學(xué)科領(lǐng)域帶來了新的機(jī)遇�；�于��(shù)據(jù)、信息而生的生物信息學(xué)無疑將迎來新的變化，它的下一個(gè)十年在哪里？
近日，第十屆“數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)與生命科學(xué)交叉研究”青年學(xué)者論壇在北京舉行，來自數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)與生命科學(xué)交叉領(lǐng)域的院士專家、優(yōu)秀中青年學(xué)者與廣大學(xué)生參加會(huì)議，共同交流生物信息學(xué)的前沿進(jìn)展，展望生物信息學(xué)科的發(fā)展未來。 
“暗箱”待開
在人類生物醫(yī)學(xué)發(fā)展史上，遺傳密碼的破解，使得生物醫(yī)學(xué)從此進(jìn)入了大數(shù)據(jù)時(shí)代，生物信息學(xué)進(jìn)入“快車道”。
“這是劃時(shí)代的變化，生物醫(yī)學(xué)從描述進(jìn)入到用數(shù)據(jù)刻畫的時(shí)代，數(shù)據(jù)帶來了巨大的信息�！敝袊�(guó)科學(xué)院院士陳潤(rùn)生說，上世紀(jì)90年代，他參加了人類基因組和水稻基因組分析，那時(shí)，生物信息學(xué)還比較“冷門”。
而事實(shí)上，生物信息學(xué)對(duì)生命科學(xué)研究帶來了一場(chǎng)變革。
陳潤(rùn)生舉例說，基于大數(shù)據(jù)的大規(guī)模測(cè)序，我們能夠更好地抵御未來烈性傳染病對(duì)人類的侵害；基于大數(shù)據(jù)，醫(yī)生就有了準(zhǔn)確地靶向判斷，那么嚴(yán)重的腫瘤也是可防治的。“大數(shù)據(jù)帶來大信息牽引的精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)，已經(jīng)成為新一輪國(guó)家科技競(jìng)爭(zhēng)的戰(zhàn)略制高點(diǎn)�！�
“但大數(shù)據(jù)帶來了新的挑戰(zhàn)，那就是我們并不了解它的生物醫(yī)學(xué)本質(zhì)�！标悵�(rùn)生指出，以生物組學(xué)大數(shù)據(jù)為例，它是復(fù)雜的、不同尺度、多維度和異質(zhì)化的，比如病例是用自然語言寫的，生理生化指標(biāo)是波形的，胸片是影像的，而組學(xué)數(shù)據(jù)是字符串形式的。那么，這些不同標(biāo)記來度量的量，如何能夠協(xié)調(diào)統(tǒng)一來共同分析，這是大數(shù)據(jù)分析的一個(gè)難題。此外，數(shù)據(jù)指標(biāo)是動(dòng)態(tài)和非線性的。
“隨著越來越多的表征疾病的數(shù)據(jù)產(chǎn)生，我們需要理解疾病是怎么發(fā)生的，什么是導(dǎo)致疾病的因素，這就好比‘暗箱’，而要打開它，需要用人工智能對(duì)生物醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘�！标悵�(rùn)生說。
大模型的出現(xiàn)，或許是生物信息學(xué)新的變革的開始。
陳潤(rùn)生表示，大模型的工作方式是必然會(huì)深入到各個(gè)環(huán)節(jié)，但不需重造，更多的是利用，未來大模型和生物醫(yī)學(xué)是更高層次的結(jié)合，“推動(dòng)大模型向真實(shí)的大腦學(xué)習(xí)，不僅僅是訓(xùn)練它的學(xué)習(xí)量，更多的是深刻看清腦的復(fù)雜結(jié)構(gòu)組成�！�
大科學(xué)引領(lǐng)大發(fā)現(xiàn)
打開“暗箱”的工作，單靠一個(gè)學(xué)科或領(lǐng)域并不現(xiàn)實(shí)。正如中國(guó)科學(xué)院院士賀福初所說，生物信息學(xué)的未來，更多需要數(shù)學(xué)和系統(tǒng)科學(xué)等學(xué)科的深度參與，這也可能將生物信息學(xué)帶往新的方向。
賀福初呼吁，未來要進(jìn)一步探索生命科學(xué)理論或基本規(guī)律。
“大科學(xué)時(shí)代產(chǎn)生了大數(shù)據(jù)，能夠形成規(guī)律性的總結(jié)嗎？”賀福初表示，只有在數(shù)學(xué)等其他科學(xué)的基礎(chǔ)之上，才可能將大數(shù)據(jù)提煉出信息，發(fā)現(xiàn)大知識(shí)和重要原理。
事實(shí)上，這在2000多年前就已有印證，古希臘畢達(dá)哥拉斯學(xué)派相繼發(fā)現(xiàn)：算術(shù)的本質(zhì)是“絕對(duì)的不連續(xù)量”，音樂的本質(zhì)是“相對(duì)的不連續(xù)量”，幾何的本質(zhì)是“靜止的連續(xù)量”，天文學(xué)的本質(zhì)是“運(yùn)動(dòng)的連續(xù)量”。他們因此認(rèn)為，數(shù)學(xué)是通向理性世界的必備工具。
后來的科學(xué)發(fā)展也表明，數(shù)學(xué)作為整個(gè)自然科學(xué)的基礎(chǔ)，奠定了很多學(xué)科“大發(fā)現(xiàn)”的基石。
自從生命科學(xué)進(jìn)入大數(shù)據(jù)時(shí)代，關(guān)于生命的基因組數(shù)據(jù)增長(zhǎng)速度是摩爾定律的四倍。然而，在賀福初看來，基因組無法解釋生命的生老病死。
“時(shí)空各異，基因組相同；生老病死，基因組不變。”賀福初表示，眾多生命現(xiàn)象無法從基因組層面得以闡明，必須通過蛋白質(zhì)組在時(shí)間、空間上的動(dòng)態(tài)變化，發(fā)掘生命現(xiàn)象的本源與本質(zhì)。
基于此，由賀福初領(lǐng)銜的“人體蛋白質(zhì)組導(dǎo)航計(jì)劃”，使命是解讀人體蛋白質(zhì)組構(gòu)成原理與變化規(guī)律，實(shí)現(xiàn)蛋白質(zhì)組學(xué)驅(qū)動(dòng)的醫(yī)學(xué)范式轉(zhuǎn)變，共創(chuàng)智慧醫(yī)學(xué)新時(shí)代。
“科學(xué)大發(fā)現(xiàn)時(shí)代離不開學(xué)科交叉。”賀福初強(qiáng)調(diào)，生命科學(xué)將借助數(shù)學(xué)、計(jì)算科學(xué)與人工智能進(jìn)入大發(fā)現(xiàn)時(shí)代。
下一個(gè)十年需要更多年輕人
前輩的指導(dǎo)與鼓舞給年輕人帶去了更多的信心。
“數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)與生命科學(xué)交叉研究”青年學(xué)者論壇共同主席、中國(guó)科學(xué)院數(shù)學(xué)與系統(tǒng)科學(xué)學(xué)院研究員張世華告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，十年前，他還是一名助理研究員，那時(shí)，每個(gè)領(lǐng)域的學(xué)者都不少，但在交叉學(xué)科里缺少交流的機(jī)會(huì)和平臺(tái)。于是，他與中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所研究員王秀杰一起倡導(dǎo)發(fā)起組織論壇，加強(qiáng)從事“數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)與生命科學(xué)交叉研究”青年學(xué)者之間的聯(lián)系，交流生命科學(xué)與計(jì)算生物學(xué)研究領(lǐng)域的最新成果。
當(dāng)年的很多“初出茅廬”的年輕人和學(xué)生，如今都已成為數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)與生命科學(xué)交叉領(lǐng)域里的中流砥柱，他們希望在生物信息學(xué)的下一個(gè)十年里迎接更多的年輕力量。
北京大學(xué)生物醫(yī)學(xué)前沿創(chuàng)新中心研究員張澤民曾供職于高新技術(shù)企業(yè)，他對(duì)產(chǎn)業(yè)和學(xué)術(shù)都有著深刻的感受，在他看來，“生物信息學(xué)領(lǐng)域技術(shù)總在變，但它的科學(xué)思維和目標(biāo)是一直不變的，所以無論技術(shù)如何變化，我們關(guān)注的焦點(diǎn)在于如何把數(shù)據(jù)的信息變成知識(shí)，從數(shù)據(jù)和新技術(shù)中挖掘更多的機(jī)會(huì)�！�
在人工智能大模型時(shí)代，生物數(shù)據(jù)幾乎六個(gè)月翻一番，生物信息學(xué)會(huì)有哪些變化？
同濟(jì)大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院教授張勇表示，生物信息學(xué)可能更多的從實(shí)驗(yàn)學(xué)科向理論學(xué)科轉(zhuǎn)變、從理科向工科化轉(zhuǎn)變。
“如何把大模型應(yīng)用在生命科學(xué)領(lǐng)域，首先要了解數(shù)據(jù)，其次更重要的是提出一個(gè)好問題，這比關(guān)注模型本身可能更重要�！北本┐髮W(xué)生命科學(xué)學(xué)院研究員高歌說。
陳潤(rùn)生指出，伴隨著大數(shù)據(jù)在生物、醫(yī)學(xué)中的深度應(yīng)用，伴隨著物質(zhì)資源向數(shù)據(jù)資源的不斷遷移，未來十年對(duì)生物信息的需求會(huì)越來越迫切、越來越廣泛。為此，加強(qiáng)生物信息學(xué)的學(xué)科建設(shè)，鼓勵(lì)源頭創(chuàng)新，培養(yǎng)人才隊(duì)伍是非常重要的。同時(shí)，也期待生物信息學(xué)領(lǐng)域研究人員在科技創(chuàng)新和國(guó)家經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中做出更多更大的貢獻(xiàn)。
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