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古香古色的靜園1號(hào)院內(nèi)，濃郁的秋色撲面而來。作為北京大學(xué)前沿交叉學(xué)科研究院所在地，跨越6個(gè)學(xué)部、涉及26個(gè)院系和機(jī)構(gòu)，在這里不同學(xué)科之間的“院墻”拆掉了，學(xué)科間交叉碰撞，探索無限，一如這滿院秋色般交相輝映，富有生機(jī)。

北京大學(xué)前沿交叉學(xué)科研究院所在地 新華網(wǎng)記者 冉曉寧 攝

傳統(tǒng)印象中，學(xué)科間往往有著難以逾越的壁壘。但在認(rèn)識(shí)客觀事物過程中,囿于某個(gè)高度獨(dú)立和單一的學(xué)科,必然容易喪失對(duì)客觀事物的整體性思考。就連錢鐘書先生也曾在《詩(shī)可以怨》中這樣描述:“由于人類生命和智力的嚴(yán)峻局限,我們?yōu)榉奖闫鹨?只能把研究領(lǐng)域圈得越來越窄,把專業(yè)學(xué)科分得越來越細(xì)。此外沒有辦法。所以,成為某一門學(xué)問的專家,雖在主觀上是得意的事,而在客觀上是不得已的事。”

如果說學(xué)科分化或分類是學(xué)科發(fā)展的歷史必然,那么,學(xué)科交叉、跨學(xué)科合作則能夠?yàn)榭蒲刑峁└鼜V闊的視角和更深入的洞察。此前，湯超院士就曾以生命科學(xué)為例指出，“生命系統(tǒng)里其實(shí)蘊(yùn)含了很多的數(shù)學(xué)、物理學(xué)、工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)的原理，它們都是相通的，只不過我們?nèi)藶榈匕褜W(xué)科劃分開來，用自己的眼光來看生命系統(tǒng)。但大自然是不分學(xué)科的?！?/p>

今天，隨著人工智能等新興技術(shù)的日益興起，一方面，科研工作者要掌握不同學(xué)科的知識(shí)和技能，適應(yīng)時(shí)代發(fā)展；另一方面，人工智能對(duì)傳統(tǒng)領(lǐng)域?qū)W科產(chǎn)生了強(qiáng)烈的沖擊，引發(fā)了傳統(tǒng)科研在思維模式和研究方法上的深刻變革。

2024年科學(xué)智能峰會(huì)期間，中國(guó)科學(xué)院院士、北京大學(xué)前沿交叉學(xué)科研究院榮譽(yù)院長(zhǎng)、國(guó)家自然科學(xué)基金委交叉科學(xué)部主任湯超接受新華網(wǎng)專訪時(shí)，就AI在生命科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了深入闡述。 

中國(guó)科學(xué)院院士、北京大學(xué)前沿交叉學(xué)科研究院榮譽(yù)院長(zhǎng)、國(guó)家自然科學(xué)基金委交叉科學(xué)部主任湯超 新華網(wǎng)記者 冉曉寧 攝

AI為基礎(chǔ)科研帶來的變化和契機(jī)

由于科學(xué)家對(duì)科學(xué)研究范式的信奉受到認(rèn)知的局限性，某種科學(xué)研究范式總會(huì)在科學(xué)發(fā)展到一定程度后顯示出不足而無法解決一些問題，出現(xiàn)困難、矛盾以及困惑。這種矛盾反而推動(dòng)了科學(xué)家們的反思和進(jìn)一步探索的步伐。在此背景下，AI的出現(xiàn)讓人們?cè)僖淮慰吹搅恕胺妒酵黄啤钡目赡苄浴?/p>

“AI作為一個(gè)賦能工具不僅可以大大加速科學(xué)研究，而且能為科研提供一個(gè)新維度。其中一個(gè)很大的變化和契機(jī)就是今后數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的科研范式會(huì)日趨重要?！睖浴暗谝淮慰茖W(xué)革命”的歷史背景為例，說明了從數(shù)據(jù)到規(guī)律再到原理的發(fā)展過程?？梢栽O(shè)想，如果當(dāng)時(shí)AI有現(xiàn)在的水平，人類僅憑數(shù)據(jù)或許就可以從行星運(yùn)動(dòng)中發(fā)現(xiàn)開普勒三定律，甚至啟發(fā)人類發(fā)現(xiàn)牛頓定律，從而實(shí)現(xiàn)科學(xué)范式突破。

在他看來，在過去以假設(shè)驅(qū)動(dòng)為代表的傳統(tǒng)科研進(jìn)程中，需要先假設(shè)、再驗(yàn)證。然而，這種方法依賴研究人員對(duì)已有知識(shí)的理解，以及他們提出假設(shè)的能力。此外，受既有學(xué)科框架和研究范式限制，這些假設(shè)往往難以跳出理論框架，限制了科學(xué)新發(fā)現(xiàn)。AI的出現(xiàn)，使得研究者可以從數(shù)據(jù)出發(fā)，通過AI分析處理數(shù)據(jù)，從而獲得新靈感。

“比如生命系統(tǒng)，你很可能事先想象不出來超越傳統(tǒng)框架的假設(shè)。這就需要AI幫助分析處理數(shù)據(jù)后才能給你靈感，需要AI幫助發(fā)現(xiàn)規(guī)律。先有數(shù)據(jù)，再談別的。這就是數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的研究范式?！睖f。

抓住AI for Science機(jī)遇，推動(dòng)科技創(chuàng)新

“把‘生命’去掉，僅留下‘科學(xué)’二字，把生命系統(tǒng)作為對(duì)象，用科學(xué)眼光研究它?？蒲泄ぷ髡邞?yīng)更注重利用AI發(fā)現(xiàn)新原理新規(guī)律，以推動(dòng)科研互動(dòng)、前進(jìn)?！?/p>

湯超指出，生命科學(xué)的本質(zhì)更為復(fù)雜，涉及從分子到細(xì)胞乃至整個(gè)生命體的多層次與多維度的交互。因此，生命科學(xué)如今正在經(jīng)歷一場(chǎng)由于技術(shù)進(jìn)步和與物質(zhì)科學(xué)、工程、信息等學(xué)科交叉融合而產(chǎn)生的革命。

以深度學(xué)習(xí)為代表的AI技術(shù)兼顧了效率與準(zhǔn)確性，融合不同領(lǐng)域?qū)I(yè)知識(shí)，將未知結(jié)論推導(dǎo)出來，從而反向推動(dòng)該領(lǐng)域發(fā)展，得到在經(jīng)驗(yàn)領(lǐng)域具有前瞻性的結(jié)果。

談及AI在生命科學(xué)領(lǐng)域的新突破，他認(rèn)為，盡管AlphaFold在預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)方面取得了巨大成就，但這僅僅是生命科學(xué)領(lǐng)域“萬(wàn)里長(zhǎng)征第一步”。人工智能當(dāng)前的應(yīng)用成果主要集中在分子層面，如核酸、蛋白質(zhì)、抗體和藥物設(shè)計(jì)。未來，研究方向?qū)⑾蚋邔哟瓮卣梗隙嗄B(tài)、多尺度數(shù)據(jù)，并利用AI發(fā)現(xiàn)生命系統(tǒng)中的新規(guī)律和新原理。

“我預(yù)言下一個(gè)諾貝爾物理獎(jiǎng)會(huì)給Science of AI，即AI背后的科學(xué)。AI實(shí)際上也是一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)，為什么數(shù)據(jù)多了、參數(shù)多了，其能力就會(huì)得到大大提升？這背后的科學(xué)原理是什么？需要科研工作者去發(fā)現(xiàn)?！?/p>

由于中國(guó)在AI應(yīng)用場(chǎng)景方面具有優(yōu)勢(shì)，擁有大量數(shù)據(jù)，AI的興起為中國(guó)科技創(chuàng)新提供了歷史性的機(jī)遇。湯超認(rèn)為，“科技創(chuàng)新是一個(gè)系統(tǒng)工程，需要多方面的共同努力，共同打造一個(gè)更有利于原始創(chuàng)新的環(huán)境?！?/p>

可以預(yù)見，隨著認(rèn)知智能發(fā)展，人工智能未來將不再局限于某一特定科學(xué)領(lǐng)域，還將會(huì)擴(kuò)展到文學(xué)、藝術(shù)、歷史等人文社會(huì)科學(xué)領(lǐng)域。對(duì)此，湯超還建議，“科研興趣和專注是非常重要的，廣大科研工作者應(yīng)培養(yǎng)對(duì)科學(xué)的品位，不斷思考和提高。青年人要解放思想，開闊視野，理科生不要專盯著理科，工科生不要專盯著工科，多多接觸一些不同的東西，學(xué)科間很多東西都會(huì)互相啟發(fā)?！保ㄖ旒引R）