علماء البروتين والذكاء الاصطناعي يتنافسون

فريق من علماء البروتين في جامعة روتجرز خاض مباراة ضد برنامج حاسوبي.

تنبيه: فاز الذكاء الاصطناعي. ولكن فقط بفارق ضئيل.

منافسة بين البشر والذكاء الاصطناعي

قرر العلماء إجراء تجربة لمنافسة بين إنسان يمتلك فهمًا عميقًا لتصميم البروتين وتجميعها ضد برنامج حاسوبي ذي قدرات تنبؤية. وكان فيكاس ناندا، باحث في مركز التكنولوجيا الحيوية والطب المتقدم (CABM) في روتجرز، في صدارة قائمة العلماء المحتملين.

استهدفت التجربة إلى معرفة ما إذا كان الإنسان أو الذكاء الاصطناعي يمكن أن يفعل عملًا أفضل في التنبؤ بالتسلسلات البروتينية التي ستتجمع بنجاح أكبر.

نشرت النتائج في كيمياء نيتشر.

قال ناندا وباحثون في مختبر أرغون الوطني في إلينوي وزميلون آخرون في جميع أنحاء الولايات المتحدة إن المنافسة كانت “مغلقة ولكن حاسمة”. فاز البرنامج الذكاء الاصطناعي بفارق صغير.

يبحث العلماء عن مزيد من المعرفة حول تجميع البروتين، ويؤمنون بأنهم إذا فهموه بشكل أفضل، يمكنهم تصميم منتجات جديدة ومبتكرة للاستخدامات الطبية والصناعية. ومن هذه المنتجات يمكن أن يكون الأنسجة الصناعية البشرية للجروح، أو المحفزات لمنتجات كيميائية جديدة.

ناندا هو أستاذ في قسم الكيمياء الحيوية والبيولوجيا الجزيئية في مدرسة روتجرز روبرت وود جونسون للطب.

“على الرغم من خبرتنا الواسعة، فقد فعل الذكاء الاصطناعي عملًا جيدًا أو أفضل في عدة مجموعات بيانات، مما يظهر الإمكانات الهائلة للتعلم الآلي في التغلب على التحيز البشري”، قال ناندا.

تصميم البروتين وتجميعها

يتكون البروتين من أعداد كبيرة من الأحماض الأمينية المتصلة من النهاية إلى النهاية، وتتجمع السلاسل لتشكيل جزيئات ثلاثية الأبعاد ذات أشكال معقدة. وتحدد شكل كل بروتين والأحماض الأمينية الموجودة فيه سلوكه. يعمل باحثون مثل ناندا على “تصميم البروتين”، مما يعني إنشاء تسلسلات تنتج بروتينات جديدة. وقد صمم الفريق مؤخرًا بروتينًا اصطناعيًا يمكنه الكشف بسرعة عن VX، وهو مادة عصبية خطيرة. يمكن أن يكون هذا التطور الجديد له آثار كبيرة على أجهزة الكشف الحيوية وعلاجات جديدة.

يتجمع البروتين مع بروتينات أخرى لتشكيل هياكل فائقة importante في البيولوجيا. في بعض الحالات، يبدو أن البروتينات تتبع تصميمًا، كما هو الحال عندما تتجمع في غلاف حماية فيروسي. وأحيانًا يتجمع عندما يشكل هياكل بيولوجية مرتبطة بأمراض معينة.

“فهم تجميع البروتين هو أمر أساسي لتحقيق تقدم في العديد من المجالات، بما في ذلك الطب والصناعة”، قال ناندا.

تم تزويد ناندا وخمسة من زملائه بقائمة بروتينات وطُلب منهم توقع البروتينات التي من المحتمل أن تتجمع. ثم قورنت التنبؤات مع تلك التي قدمها برنامج الكمبيوتر.

استخدم الخبراء البشر قواعد إبهام dựa على ملاحظتهم لسلوك البروتين في التجارب، بما في ذلك أنماط الشحنات الكهربائية ودرجة الكراهية للماء. واختاروا 11 بروتينًا توقعوا أنه سيتجمع بينما اختار البرنامج الذكاء الاصطناعي 9 بروتينات.

أظهرت التجربة أن الخبراء البشر قدموا 6 تنبؤات صحيحة من بين 11 بروتينًا، بينما اختار برنامج الكمبيوتر 9 بروتينات.

أظهرت التجربة أيضًا أن الخبراء البشر “فضّلوا” بعض الأحماض الأمينية على غيرها، مما أدى إلى اختيارات خاطئة. واختار الذكاء الاصطناعي بشكل صحيح بعض البروتينات التي تتميز بخصائص لا تجعلها واضحة.

“نحن نعمل على الحصول على فهم أساسي للطبيعة الكيميائية للتفاعلات التي تؤدي إلى التجميع، لذلك كنت قلقًا من أن استخدام هذه البرامج سوف يمنع رؤى مهمة”، قال ناندا. “ولكن ما أبدأ في فهمه حقًا هو أن التعلم الآلي هو مجرد أداة أخرى، مثل أي أداة أخرى”.