• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
5 апреля
Сколтех
8
14 722

Школьники поставили нейросеть в тупик

4.8

Ученые из Сколтеха и их коллеги рассказали, как образовательный проект для школьников вылился в новую главу противостояния искусственного интеллекта и человека в биоинформатике. Согласно исследованию, ранее совершившая прорыв в предсказании структур белков программа, разработанная подразделением Google DeepMind, не способна решить другую задачу структурной биоинформатики. При этом было получено свидетельство, которое всерьез ставит под вопрос гипотезу о том, что ИИ смог «выучить физику» белков.

Постер проекта «Игры с Альфафолд2» на Школе молекулярной и теоретической биологии Сколтеха, которая прошла в онлайн-формате в 2021 году / ©Дмитрий Иванков

Результаты представлены в статье, недавно опубликованной в журнале PLOS One. Структурная биоинформатика — научная область, в которой предсказываются структуры белков, РНК, ДНК и их взаимодействия с другими молекулами. Полученные знания ложатся в основу разработки лекарств или, например, белков — катализаторов реакций, не встречающихся в живой природе.

Последние годы в структурной биоинформатике развернулось противостояние человека и машины: вызов ученым бросил игровой искусственный интеллект компании DeepMind. С тех пор как в 2014 году ее приобрел Google, программы DeepMind показали выдающиеся результаты среди прочего в шахматах, го и StarCraft II и в итоге добрались до вполне реальной задачи предсказания структуры белков по аминокислотной последовательности.

Искусственный интеллект AlphaFold оказался столь успешен в решении этой проблемы, что к 2021 году многие стали всерьез пророчить конец структурной биоинформатики. Казалось, машине удалось выучить саму фундаментальную физику белка, и теперь ей должны автоматически покориться остальные задачи в этой области.

«Мы решили проверить, так ли это, и применили AlphaFold к другой типичной для нашей науки задаче — предсказанию изменения стабильности белка вследствие одиночной мутации. То есть вы берете некоторый известный белок, вносите в него минимально возможное изменение и хотите знать, полученный мутант будет стабильнее или нестабильнее и насколько. Так вот, с этой задачей AlphaFold не справился: предсказания никак не согласуются с известными экспериментальными данными. Собственно, его создатели и не утверждали, что AlphaFold пригоден для чего-то, кроме предсказания структуры белков по аминокислотной последовательности, но ряд оптимистов ожидали прорыва и здесь — мы же показали обратное», — прокомментировал исследование его научный руководитель, старший преподаватель Центра молекулярной и клеточной биологии Сколтеха Дмитрий Иванков.

С практической точки зрения предсказывать изменение стабильности белка после мутации важно: например, чтобы перебором мутаций находить устойчивые к высоким температурам варианты белков с полезными свойствами. Это может быть, к примеру, белок для стирального порошка, который будет расщеплять разного рода загрязнения — другие белки, жиры, крахмал, микроворсинки, — или сладкий белок, который можно было бы положить в горячий чай вместо сахара.

Но здесь важно в том числе само по себе заключение авторов статьи, что в существующем сегодня виде ИИ не панацея. Хотя он отлично справился с важнейшей проблемой структурной биоинформатики, которая занимала ученых больше полувека, остается еще с десяток нерешенных проблем. Например, предсказание структур комплексов белков с малыми молекулами, ДНК или РНК, мутаций в белке и их влияния на энергию связывания с другими молекулами, белковый дизайн: какая нужна последовательность, чтобы сделать белок с некоторыми желаемыми свойствами, допустим, катализатор, который может стать элементом крошечной «молекулярной фабрики».

Помимо очевидного вывода, что структурную биологию рано «закрывать», исследование косвенно опровергает гипотезу, что AlphaFold не просто усвоил все накопленные человечеством структуры белков и ловко ими оперирует, но и смог каким-то образом выучить саму фундаментальную физику белков. Этим порой объясняли его успех, однако, будь это так, программе не составило бы труда сопоставить две очень похожие структуры с точки зрения стабильности, а именно это оказалось ИИ не под силу.

Этот довод дополняет два ранее озвученных сомнения касательно «знания физики». Во-первых, AlphaFold предсказывает некоторые структуры, у которых боковые группы ориентированы так, будто к ним привязан ион цинка. Но программа получает на вход только аминокислотную последовательность белка, то есть «незримый цинк» в результатах ощущается, поскольку в обучающих данных были аналогичные структуры белков, связанные с этим ионом.

Без него предсказанная ориентация боковых групп физически некорректна. Во-вторых AlphaFold предсказывает одиночную структуру витиеватой цепи, которая выглядит для ученого правдоподобно, но лишь если мысленно достроить еще две такие же цепи и переплести их вместе, иначе эта конструкция, опять же, несостоятельна с точки зрения физики. То есть программа запомнила и воспроизвела соответствующую структуру, которую вычленила из составной конструкции, — законами физики она себя при этом не ограничивает.

«Занятно, что наше исследование выросло из „игрушечного“ проекта с участниками Школы молекулярной и теоретической биологии. Проект так и назывался: „Игры с АльфаФолд“. Как только AlphaFold был выложен в открытый доступ, мы в нашей лаборатории установили его на сколтеховский суперкомпьютер „Жорес“. Одна из игр заключалась в сопоставлении эффекта мутации с предсказаниями AlphaFold для структуры исходного и мутантного белка. Так и получилось исследование, в котором школьники соприкоснулись с суперкомпьютером и передовым искусственным интеллектом», — рассказала первый автор статьи, аспирант Сколтеха Марина Пак.

Помимо биоинформатиков из Сколтеха, в исследовании участвовали ученые из Института науки и технологий Австрии и Окинавского института науки и технологий (Япония), а также школьники, которые сейчас учатся в Российском университете дружбы народов, Уральском федеральном университете и Западноамериканском колледже объединенного мира имени Арманда Хаммера (США). 

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Сколковский институт науки и технологий — негосударственный технологический университет, расположенный в инновационном центре Сколково. Институт был создан в 2011 году при поддержке Массачусетского технологического института. Модель института предусматривает тесную интеграцию технологического образования, исследовательской работы и предпринимательских навыков. Институт ведёт обучение по программам магистратуры и PhD, рабочий язык — английский.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Предстоящие мероприятия
Позавчера, 13:46
Анна Новиковская

Разделочные доски можно найти почти на любой кухне по всему миру. Однако международная группа исследователей доказала, что эти кухонные инструменты иногда не то, чем кажутся.

9 часов назад
Александр Березин

Предложенные тепловыделяющие элементы для атомных реакторов позволяют им работать без перегрузки топлива много лет подряд. Это крайне актуально для АЭС малой мощности, на Крайнем Севере или в любых других зонах, удаленных от единых энергосистем, включая тропические острова.

Сегодня, 11:00
НИУ ВШЭ

При планировании времени люди неосознанно используют пространство, потому что не обладают рецепторами для восприятия времени. Ученые из Института когнитивных нейронаук НИУ ВШЭ выяснили, что подсчет часов, дней недели и месяцев автоматически активирует горизонтальную ментальную линию в сознании русскоговорящих участников.

2 июня
Анна Новиковская

Думают ли умные люди быстрее? Согласно результатам исследования группы ученых из Германии и Испании, не всегда, и в случае решения сложных задач отдельные преимущества оказываются за людьми с менее развитым интеллектом.

2 июня
Мария Азарова

Европейское космическое агентство проведет первую в истории прямую трансляцию с Марса: во время нее свежие изображения Красной планеты планируют показывать зрителям каждые 50 секунд на протяжении часа. Начало — в 19:00 по московскому времени.

2 июня
Ольга Иванова

Американские ученые пришли к выводу, что возможность запоминать новую информацию, воображение, умение логически рассуждать — то, что формирует интеллект — связаны с особенностями личности. В зависимости от того, насколько человек тревожен или депрессивен, экстраверт или интроверт, у него может быть разный уровень когнитивных способностей. Выборка исследования составила более двух миллионов человек более чем из 50 стран.

2 июня
Анна Новиковская

Думают ли умные люди быстрее? Согласно результатам исследования группы ученых из Германии и Испании, не всегда, и в случае решения сложных задач отдельные преимущества оказываются за людьми с менее развитым интеллектом.

12 мая
Александр Березин

В американской прессе обсуждают острый вопрос: почему, несмотря на санкции и потолок цен, в России не просто не было спада, но и, судя по ряду параметров, в 2023-м начался экономический подъем? Чтобы разрешить эту загадку, The Wall Street Journal обратился к спутниковым данным по мониторингу окислов азота. С их помощью журналисты обнаружили, что российские власти, кажется, дают миру неправильную статистику, а на самом деле в России, видимо, происходит глубокий спад. Насколько верна такая оценка? И что на самом деле случится с российской экономикой в этом году?

11 мая
Анна Новиковская

Большая часть алмазов, образующихся в недрах Земли, выносятся ближе к поверхности небольшими, но мощными извержениями породы. Однако австралийские исследователи обнаружили, что на деле эти извержения подпитываются громадными «тепловыми столбами», начинающимися у самого ядра нашей планеты.

[miniorange_social_login]

Комментарии

8 Комментариев

"белковый дизайн" это не проблема. ColabDesign и другие. "Поскольку в обучающих данных были аналогичные структуры белков, связанные с этим ионом" нет, потому что она галюцинирует и рисует белки как если бы все нужные лиганды уже были там. "только AlphaFold был выложен в открытый доступ, мы в нашей лаборатории установили его на сколтеховский суперкомпьютер „Жорес“." Достаточно одной 2080 и ssd на 1 тб. "Во-первых, AlphaFold предсказывает некоторые структуры, у которых боковые группы ориентированы так, будто к ним привязан ион цинка." Это было известо с 0 дня. См. FAQ Alphafold DB.
Sergey Erchenkov
06.04.2023
-
0
+
Авторы это якобы исследования хотя бы понимают немного в том , как работает alphagold? Ни а каком ИИ речи и не идет , это обученная на конкретную задачу модель , и конечно она не универсальная , ничего не мешает deepMind создать модель для решения задачи , которую авторы дали неподготовленной для этого модели в надежде дискредитировать надуманный ими же "ИИ". Это так наивно и действительно по-детски... Эти люди могли быть хотя бы прочесть статью о том , как работают нейросети , ни о каком познании речи и не может быть . Это как выучить английский и пытаться также хорошо без подготовки сдать экзамен по испанскому языку, они же в одной языковой группе...
Ванечка
06.04.2023
-
0
+
(Начало цитаты) - Вовочка, скажи о чем ты думаешь глядя на этот кирпич? - О бабах, Марья Ивановна. - Но почему??? - А я о них всегда думаю! 😉
    -
    0
    +
    Здесь оба хороши: "Вовочка" на вопрос "о чем?" отвечает "О бабах". То есть бабы для него предмет неодушевленный. И "Марья Ивановна" вместо того, чтобы отметить эту ошибку в ответе Вовочки, задает вопрос не учебного свойства, чем закрепляет убежденность "Вовочки" в том, что баба -- не человек...))
Zhe Sh
05.04.2023
-
0
+
Анекдот #5307 Купили как-то суровым сибирским лесорубам японскую бензопилу. Собрались в кружок лесорубы, решили ее испытать. Завели ее, подсунули ей деревце. «Вжик» — сказала японская пила. «Уу, #ля...» — сказали лесорубы. Подсунули ей деревце потолще. «Вж-ж-жик!» — сказала пила. «Ууу, #ля!» — сказали лесорубы. Подсунули ей толстенный кедр. «ВЖ-Ж-Ж-Ж-Ж-Ж-Ж-ЖИК!!!» — сказала пила. «Уууу, #ля!!» — сказали лесорубы. Подсунули ей рельс. «КРЯК!» — сказала пила. «Ааа, #ля!!!» — радостно сказали суровые сибирские лесорубы! И ушли рубить лес топорами.
-
0
+
(Начало цитаты) "...успехи имеют и свою теневую сторону, особенно когда они достигаются сравнительно "легко", в порядке, так сказать, "неожиданности". Такие успехи иногда прививают дух самомнения и зазнайства: "Мы всё можем!", "Нам всё нипочём!". Они, эти успехи, нередко пьянят людей, причём у людей начинает кружиться голова от успехов, теряется чувство меры, теряется способность понимания действительности, появляется стремление переоценить свои силы и недооценить силы противника, появляются авантюристические попытки "в два счёта" разрешить все вопросы социалистического строительства. Здесь уже нет места для заботы о том, чтобы закрепить достигнутые успехи и планомерно использовать их для дальнейшего продвижения вперёд. Зачем нам закреплять успехи, – мы и так сумеем добежать "в два счёта" до полной победы социализма: "Мы всё можем!", "Нам всё нипочем!". (Конец цитаты) И.В.Сталин "Головокружение от успехов. К вопросам колхозного движения, 2 марта 1930 г."
    -
    0
    +
    Для правильного анализа содержания этой цитаты очень рекомендую прочесть статью Л. М. Баткина "Сон разума. О социально-культурных масштабах личности Сталина". И еще, стоит почитать пока еще не запрещенные в РФ научные труды по истории коллективизации села в СССР.

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: