萬萬沒想到，一直備受批評的AI「幻覺」問題，竟然在科學(xué)領(lǐng)域具有極大的應(yīng)用價(jià)值？

就在最近，計(jì)算機(jī)科學(xué)家Amy McGovern表示：「公眾認(rèn)為這完全是壞事。但實(shí)際上，它為科學(xué)家提供了新的靈感，讓他們得以探索一些原本可能不會(huì)想到的思路?！?/span>

AI「幻覺」可以幫助科學(xué)家通過測試「夢幻式」的新概念，來追蹤癌癥、設(shè)計(jì)藥物、發(fā)明醫(yī)療設(shè)備并揭示氣象現(xiàn)象

AI「幻覺」激發(fā)科學(xué)創(chuàng)造力

科學(xué)在人們心中的形象冷靜而理性。

然而，在科學(xué)發(fā)現(xiàn)的早期階段，往往充滿了直覺和大膽的猜想。正如科學(xué)哲學(xué)家Paul Feyerabend所言，這是一種「無拘無束」的探索狀態(tài)。

如今，AI的「幻覺」正在重新激發(fā)科學(xué)的創(chuàng)造力。

這種技術(shù)加速了科學(xué)家和發(fā)明家提出新想法并驗(yàn)證其是否符合現(xiàn)實(shí)的過程。

這可以被視為科學(xué)方法的加速版。以往需要數(shù)年完成的任務(wù)，現(xiàn)在可能在幾天、幾小時(shí)甚至幾分鐘內(nèi)實(shí)現(xiàn)。

有時(shí)候，甚至幫助科學(xué)家加速了研究周期，開辟了全新的研究領(lǐng)域。

麻省理工學(xué)院教授James J. Collins說：「我們正在探索」。他最近稱贊AI的「幻覺」加速了他對新型抗生素的研究進(jìn)展?！肝覀冏屇Ｐ吞岢鐾耆路f的分子?！?/span>

科學(xué)家向生成式計(jì)算機(jī)模型輸入特定主題的信息，然后讓機(jī)器對主題進(jìn)行重新加工，從而產(chǎn)生AI的「幻覺」。

結(jié)果可能有細(xì)微的偏差，也可能超越現(xiàn)實(shí)。有時(shí)，它們會(huì)帶來重大發(fā)現(xiàn)。

「幻覺」帶來的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)

去年十月，華盛頓大學(xué)的David Baker因其開創(chuàng)性的蛋白質(zhì)研究獲得了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。這些復(fù)雜的分子是生命活動(dòng)的關(guān)鍵動(dòng)力。

諾貝爾委員會(huì)稱贊他發(fā)現(xiàn)了快速構(gòu)建完全不同于自然界中蛋白質(zhì)的新方法，并稱其成就「幾乎不可能」。

在獎(jiǎng)項(xiàng)宣布前的一次采訪中，Baker博士將AI的「突發(fā)想象」描述為「從零開始設(shè)計(jì)蛋白質(zhì)」的關(guān)鍵。

他補(bǔ)充說，這項(xiàng)新技術(shù)幫助他的實(shí)驗(yàn)室獲得了約100項(xiàng)專利，其中許多用于醫(yī)療用途。一個(gè)專利用于一種新的癌癥治療方法，另一個(gè)旨在支持全球抗擊病毒感染的工作。他還創(chuàng)辦或協(xié)助創(chuàng)立了超過20家生物技術(shù)公司。

他說：「發(fā)展速度非?？?，即使是專門研究蛋白質(zhì)的科學(xué)家，也不了解目前的進(jìn)展有多大。」

他的實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)了多少種蛋白質(zhì)？

他回答道：「一千萬種， 而且都是全新的。它們在自然界中并不存在?！?/span>

諾貝爾獎(jiǎng)獲得者Baker博士對「幻覺」采取了直截了當(dāng)?shù)膽B(tài)度。

在2021年， 他在Nature上發(fā)表了一篇論文，標(biāo)題為《通過深度網(wǎng)絡(luò)幻覺進(jìn)行從頭蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)》（De novo protein design by deep network hallucination）。

論文地址：https://www.nature.com/articles/s41586-021-04184-w

標(biāo)題中的「從零（De novo）」一詞源自拉丁文，意為「從零開始」，與1980年代初科學(xué)家開始修改自然界已知蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的做法形成了鮮明對比。

2003年，Baker博士及其同事實(shí)現(xiàn)了一個(gè)更宏偉的目標(biāo)：從零構(gòu)建世界上第一個(gè)全新蛋白質(zhì)。

他們將其命名為Top7。這一成就被視為一項(xiàng)重要的突破，因?yàn)榈鞍踪|(zhì)的復(fù)雜性堪稱驚人。

專家將DNA的結(jié)構(gòu)比作一串珍珠，而將大型蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)比作糾結(jié)的毛球。即使是詳細(xì)的圖示，也只能粗略地表現(xiàn)蛋白質(zhì)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。

在流感病毒表面的血凝素蛋白的棱周圍會(huì)形成一種粘合劑蛋白，針對這些易受攻擊的點(diǎn)可以阻止病菌附著在肺部和其他地方的細(xì)胞上

隨著AI發(fā)展成為一種強(qiáng)大的新技術(shù)，Baker博士開始思考它是否能夠加速從零開始的蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)。

他在2021年的論文中提到，新方法受到了谷歌DeepDream模型的啟發(fā)。

DeepDream模型可以將現(xiàn)有圖像轉(zhuǎn)化為迷幻風(fēng)格，創(chuàng)造全新的視覺內(nèi)容。

當(dāng)人們看滿月時(shí)看到一個(gè)人的臉，這被稱為「空想性錯(cuò)覺」（pareidolia），即一種將模糊圖案轉(zhuǎn)化為有意義圖像的感知現(xiàn)象。DeepDream正是利用了這種特性來創(chuàng)造超現(xiàn)實(shí)的圖像。

Baker博士的計(jì)劃是測試AI是否可以將這種「空想性錯(cuò)覺」應(yīng)用于模糊的氨基酸集合——氨基酸是蛋白質(zhì)的基本構(gòu)建塊。

他的團(tuán)隊(duì)將隨機(jī)的氨基酸序列輸入一個(gè)經(jīng)過訓(xùn)練的模型，而該模型能識別真實(shí)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)特征。

結(jié)果大大超出了預(yù)期。

論文指出，測試運(yùn)行生成了數(shù)千種虛擬蛋白質(zhì)，并將其比作互聯(lián)網(wǎng)中泛濫的貓圖片。

論文寫道：「就像由深度網(wǎng)絡(luò)幻覺生成的貓圖像可以清晰地被識別為貓一樣。這些人工蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與天然結(jié)構(gòu)相似，但并不完全相同?！?/span>

隨后，貝克團(tuán)隊(duì)嘗試將這些虛擬的蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)——這一過程類似于讓電子貓變?yōu)檎鎸?shí)存在的生物貓。首先，團(tuán)隊(duì)將這些虛擬分子的結(jié)構(gòu)信息作為藍(lán)圖，用以生產(chǎn)形成基因的DNA鏈。接著，正如2021年的論文所述，當(dāng)這些基因被插入微生物體內(nèi)后，這些微生物成功產(chǎn)生了129種從未在科學(xué)或自然界中發(fā)現(xiàn)的新蛋白質(zhì)。

2022年初，Baker博士將這一成就描述為「AI加速從零蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)的首次實(shí)證」。

在他于2022年和2023年發(fā)表的后續(xù)論文中，「幻覺」一詞仍然出現(xiàn)在標(biāo)題中。

擴(kuò)散模型帶來蛋白質(zhì)催化劑

Baker博士表示，他的實(shí)驗(yàn)室最近在創(chuàng)意生成方面取得了新突破，采用了一種稱為擴(kuò)散（diffusion）的AI方法。這也是DALL-E和Sora等流行視覺生成器的核心技術(shù)。

Baker博士稱贊擴(kuò)散技術(shù)在設(shè)計(jì)新蛋白質(zhì)方面比「幻覺」更高效， 他說：「速度更快，成功率也更高?！?/span>

近年來，一些分析人士擔(dān)心科學(xué)正在走向衰退。他們指出，過去幾十年來，突破性發(fā)現(xiàn)的數(shù)量正在減少。

AI的支持者則認(rèn)為，創(chuàng)造性爆發(fā)正在扭轉(zhuǎn)這一趨勢。

在設(shè)計(jì)領(lǐng)域，Baker博士及其同事看到一波波蛋白質(zhì)催化劑即將誕生。這些催化劑可能幫助收集太陽能、將老舊工廠改造成高效節(jié)能設(shè)施，并為構(gòu)建一個(gè)可持續(xù)的新世界提供支持。

Baker團(tuán)隊(duì)的成員Ian C. Haydon認(rèn)為這種加速仍在繼續(xù)并表示「這令人難以置信?！?/span>

「幻覺」是天才的表現(xiàn)

谷歌旗下AI公司DeepMind科學(xué)部負(fù)責(zé)人Pushmeet Kohli在一次采訪中稱贊了「幻覺」在促進(jìn)科學(xué)發(fā)現(xiàn)方面的作用。

不久前，他的兩位同事與David Baker博士共同分享了2024年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。

Pushmeet Kohli表示：「我們擁有一項(xiàng)能夠展現(xiàn)創(chuàng)造力的驚人工具」。

Pushmeet Kohli博士舉了一個(gè)例子，說明了這種工具的創(chuàng)造力。

2016年，DeepMind的計(jì)算機(jī)在圍棋比賽中擊敗了世界冠軍。

這場比賽的轉(zhuǎn)折點(diǎn)是第37步，發(fā)生在比賽的早期階段。

Kohli博士回憶道：「我們一開始以為那是個(gè)錯(cuò)誤。但隨著比賽的進(jìn)行，人們意識到那是一種天才的表現(xiàn)。因?yàn)?，這些模型能夠產(chǎn)生非常新穎的見解?！?/span>

他認(rèn)同AI在加速生物科學(xué)的發(fā)展：「接下來的幾年中會(huì)出現(xiàn)許多令人驚嘆的成果」。

他認(rèn)為，AI正在解鎖生命最深層的奧秘，并為治愈疾病、改善健康和延長壽命奠定了強(qiáng)大的新基礎(chǔ)。

他說：「一旦我們破譯并真正理解生命的語言，那將是奇跡」。

更多的「幻覺」

另一方面，曼哈頓紀(jì)念斯隆凱特琳癌癥中心實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人Harini Veeraraghavan，在一篇關(guān)于利用AI改善模糊醫(yī)學(xué)圖像的論文中提到了「幻覺」一詞。

這篇論文的標(biāo)題部分直接寫道「幻覺MRI」。

論文地址：https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC7225573/pdf/nihms-1586979.pdf

德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的研究人員也接受了這一術(shù)語。他們的一篇論文標(biāo)題寫道：「從幻覺中學(xué)習(xí)」，討論如何改進(jìn)機(jī)器人導(dǎo)航。

論文地址：https://www.cs.utexas.edu/~xiao/papers/hallucination.pdf

「幻覺」設(shè)計(jì)的新事物需要驗(yàn)證

盡管AI「幻覺」在科學(xué)發(fā)現(xiàn)中的吸引力巨大，但一些科學(xué)家認(rèn)為這一術(shù)語具有誤導(dǎo)性。

他們認(rèn)為，生成式AI模型的「想象」并非完全虛幻，而是具有一定實(shí)現(xiàn)可能性的，就像科學(xué)方法早期階段的假設(shè)一樣。因此，他們認(rèn)為「幻覺」一詞不夠準(zhǔn)確，并傾向于避免使用。

此外，「幻覺」一詞還因其與迷幻藥（如LSD）導(dǎo)致的幻覺聯(lián)想而受到質(zhì)疑。迷幻藥在過去曾讓許多嚴(yán)肅的科學(xué)研究裹足不前。

最后，在科學(xué)和醫(yī)學(xué)交流中，AI生成的信息可能被錯(cuò)誤信息所混淆，就像像聊天機(jī)器人的回復(fù)那樣，這也讓「幻覺」一詞更加備受爭議。

今年七月，白宮發(fā)布了一份關(guān)于促進(jìn)公眾信任AI研究的報(bào)告，其中唯一提到「幻覺」的部分是關(guān)于如何減少它們的存在。

諾貝爾獎(jiǎng)委員會(huì)似乎也遵循了這一思路。在對Baker博士工作的詳細(xì)評價(jià)中，沒有提及AI「幻覺」。相反，在新聞稿中，僅稱贊了他的團(tuán)隊(duì)「創(chuàng)造了一種又一種富有想象力的蛋白質(zhì)」。

科學(xué)界的部分機(jī)構(gòu)似乎越來越傾向于將「幻覺」視為一個(gè)不宜提及的詞匯。

盡管如此，專家們在紐約時(shí)報(bào)的采訪中指出，科學(xué)AI的「想象」相比聊天機(jī)器人等的「幻覺」具有顯著優(yōu)勢。

最根本的一點(diǎn)是，這種創(chuàng)造性爆發(fā)基于自然和科學(xué)的硬性事實(shí)，而非人類語言的歧義或互聯(lián)網(wǎng)中的偏見和虛假信息。

「幻覺」并不可靠

加州理工學(xué)院的數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)教授Anima Anandkumar表示:「我們正在教授AI物理學(xué)」。她曾擔(dān)任AI芯片領(lǐng)先制造商英偉達(dá)的AI研究主管。

Anandkumar博士補(bǔ)充說，對于科學(xué)而言，基于可靠事實(shí)的物理學(xué)基礎(chǔ)可以帶來高度準(zhǔn)確的結(jié)果。

她指出，聊天機(jī)器人的大語言模型無法實(shí)際驗(yàn)證其陳述和斷言的正確性。

她強(qiáng)調(diào)，最終的驗(yàn)證來自科學(xué)家將這些AI生成的構(gòu)想與物理現(xiàn)實(shí)的具體細(xì)節(jié)進(jìn)行比較。

她談到AI的成果時(shí)說道：「你需要對其進(jìn)行測試，AI靠『幻覺』設(shè)計(jì)的新事物需要經(jīng)過驗(yàn)證?！?/span>

最近， Anandkumar博士及其同事利用AI的「幻覺」幫助設(shè)計(jì)了一種全新的導(dǎo)管。

這種導(dǎo)管可以顯著減少細(xì)菌污染——這一全球性問題每年導(dǎo)致數(shù)百萬例尿路感染。

她表示，團(tuán)隊(duì)的AI模型設(shè)計(jì)了數(shù)千種導(dǎo)管幾何形狀，并最終選出其中最有效的一種。

這種新導(dǎo)管的內(nèi)壁上覆蓋著鋸齒狀突起，能夠防止細(xì)菌附著并向上游移動(dòng)，從而感染患者的膀胱。Anandkumar博士提到，該團(tuán)隊(duì)正在討論這種設(shè)備的商業(yè)化。

與其他科學(xué)家一樣， Anandkumar博士表示她不喜歡「幻覺」這個(gè)術(shù)語。

她的團(tuán)隊(duì)在關(guān)于新導(dǎo)管的論文中避免使用該詞。

「幻覺」是概率分布？

Amy McGovern博士是AI研究所的負(fù)責(zé)人，也是俄克拉荷馬大學(xué)氣象學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)的教授。

她認(rèn)為AI的「幻覺」或許更適合被稱為「概率分布」——這是科學(xué)領(lǐng)域一個(gè)傳統(tǒng)的術(shù)語。

她補(bǔ)充道，天氣研究人員現(xiàn)在經(jīng)常使用AI來創(chuàng)建數(shù)千種細(xì)微的預(yù)測變化或概率范圍。這些豐富的想象幫助他們發(fā)現(xiàn)了可能引發(fā)極端事件（如致命熱浪）的意外因素。

她認(rèn)為這是一種非常有價(jià)值的工具。