Proteiinitutkijat ja tekoäly käyvät vastakkain

Rutgersin yliopiston proteiinitutkijoiden ryhmä kamppaili tietokoneohjelmaa vastaan. 

Spoilerivaroitus: AI voitti. Mutta vain hiuksen verran. 

Ihmisten yhteensovittaminen tekoälyä vastaan

Tiedemiehet päättivät, että he halusivat suorittaa kokeen, jossa ihmiset, joilla on syvällinen ymmärrys proteiinien suunnittelusta ja itsekokoonpanosta, vastaan ​​keinotekoisesti älykkäällä tietokoneohjelmalla, jolla on ennustamiskyky. Mahdollisten tutkijoiden listan kärjessä oli Vikas Nanda, tutkija Center for Advanced Biotechnology and Medicine (CABM) Rutgersissa. 

Kokeessa pyrittiin selvittämään, voisiko ihminen tai tekoäly tehdä parempaa työtä ennustaessaan, mitkä proteiinisekvenssit yhdistyisivät menestyksekkäimmin. 

Tulokset julkaistiin Nature Chemistry.

Nanda, Illinoisissa sijaitsevan Argonne National Laboratoryn tutkijat ja useat kollegat ympäri Yhdysvaltoja sanovat, että taistelu oli "läheinen mutta ratkaiseva". Kilpailu asetti Nandan ja useat kollegat tekoälyohjelmaa vastaan, mikä yksittäin pienellä marginaalilla. 

Tutkijat etsivät lisää tietoa proteiinien itsekokoamisesta uskoen, että ymmärtämällä sitä paremmin he voisivat suunnitella uusia ja innovatiivisia tuotteita lääketieteelliseen ja teolliseen käyttöön. Yksi näistä tuotteista voisi olla keinotekoinen ihmiskudos haavoille, kun taas toinen voisi olla katalysaattori uusille kemiallisille tuotteille. 

Nanda on professori Rutgers Robert Wood Johnson Medical Schoolin biokemian ja molekyylibiologian laitoksella. 

"Laajasta asiantuntemuksestamme huolimatta tekoäly onnistui yhtä hyvin tai paremmin useissa tietosarjoissa, mikä osoitti koneoppimisen valtavan potentiaalin voittaa ihmisen harha", Nanda sanoi. 

Proteiinisuunnittelu ja itsekokoonpano

Proteiinit koostuvat suurista määristä päistä päähän liittyneitä aminohappoja, ja ketjut taittuvat muodostaen kolmiulotteisia molekyylejä, joilla on monimutkaisia ​​muotoja. Kunkin proteiinin muoto ja sen sisältämät aminohapot määräävät sen käyttäytymisen. Nandan kaltaiset tutkijat ovat mukana "proteiinisuunnittelussa", mikä tarkoittaa, että he luovat sekvenssejä, jotka tuottavat uusia proteiineja. Tiimi on äskettäin suunnitellut synteettisen proteiinin, joka voi nopeasti havaita VX:n, vaarallisen hermomyrkyn. Tällä uudella kehityksellä voi olla suuria vaikutuksia uusiin biosensoreihin ja hoitoihin. 

Proteiinit kokoontuvat itsestään muiden proteiinien kanssa muodostaen biologiassa tärkeitä superrakenteita. Joissakin tapauksissa näyttää siltä, ​​​​että proteiinit noudattavat mallia, kuten tapaus, jossa ne kokoontuvat itsestään viruksen suojaavaksi ulkokuoreksi. Toisinaan ne kokoontuvat itsestään muodostaessaan tiettyihin sairauksiin liittyviä biologisia rakenteita. 

"Proteiinien itsekokoamisen ymmärtäminen on olennaista edistyksen saavuttamiseksi monilla aloilla, mukaan lukien lääketiede ja teollisuus", Nanda sanoi.

Nandalle ja viidelle muulle kollegalle annettiin luettelo proteiineista, ja heitä pyydettiin ennustamaan, mitkä niistä todennäköisesti koosivat itsestään. Tämän jälkeen ennusteita verrattiin tietokoneohjelman ennusteisiin. 

Ihmisasiantuntijat käyttivät peukalosääntöjä, jotka perustuivat havaintoihinsa proteiinien käyttäytymisestä kokeissa, mukaan lukien sähkövaraukset ja vastenmielisyys vettä kohtaan. He valitsivat 11 proteiinia, joiden ennustivat kokoontuvan itsestään, kun taas tekoäly valitsi yhdeksän proteiinia. 

Heidän kokeensa osoitti, että ihmiset tekivät kuusi oikeaa ennustetta 11 proteiinista, kun taas tietokoneohjelma valitsi yhdeksän. 

Kokeilu osoitti myös, että ihmisasiantuntijat "suosisivat" tiettyjä aminohappoja muihin nähden, mikä johti vääriin valintoihin. Tekoäly valitsi oikein joitakin proteiineja, joiden ominaisuudet eivät tehneet niistä ilmeisiä. 

"Työskentelemme saadaksemme perusymmärrystä itsekokoamiseen johtavien vuorovaikutusten kemiallisesta luonteesta, joten pelkäsin, että näiden ohjelmien käyttö estäisi tärkeitä oivalluksia", Nanda sanoi. "Mutta olen alkanut todella ymmärtää, että koneoppiminen on vain yksi työkalu, kuten kaikki muut."