Охота на электроовец. Большая книга искусственного интеллекта - Марков Сергей Николаевич

В универсальности дизайна Gato и PaLM-E и RT-1 усматривается глубинная аналогия с нервной системой живых организмов. Соматосенсорная кора нашего мозга получает на вход поток сигналов от сенсорных систем организма, а моторная кора, в свою очередь, генерирует импульсы для наших мышц. В некотором роде наш мозг, подобно генеративной трансформерной модели, также решает задачу продолжения последовательности, в данном случае — последовательности электрохимических импульсов длиною в нашу жизнь.

Для того чтобы модели могли работать с самыми разными модальностями представления данных, активно исследуются подходы, при которых модель должна самостоятельно определять пространственную структуру данных. В случае с текстом следующий токен последовательности зависит более всего от предыдущего; в случае чёрно-белого изображения, записанного в виде последовательности чисел, представляющей собой градации серого цвета, следующий токен последовательности будет примерно одинаково сильно зависеть как от предыдущего токена, так и от токена, отстоящего от текущего на число позиций, равное ширине изображения (т. е. цвет пикселя примерно одинаково зависит от пикселя, расположенного слева от него, и от пикселя, расположенного сверху); в случае же цветного изображения, представленного путём разложения цвета на несколько цветовых каналов, появится ещё и зависимость между токенами, относящимися к разным каналам. Почему бы не поручить нейросетевой модели самой разбираться с тем, какие именно пространственные зависимости существуют в используемой последовательности? Тогда она сможет эффективно работать и с разными типами информации, и с разными способами её представления. Для решения этой задачи исследователи из DeepMind разработали модель под названием Perceiver (дословно: «Восприниматель»)[2993], а также её усовершенствованную версию — Hierarchical Perceiver (Иерархический восприниматель)[2994]. В этих исследованиях мы видим, как выстраивается мостик между такими, казалось бы, частными задачами, как генерация изображений или генерация текста, и задачей создания систем общего искусственного интеллекта.

6.6.13 Другие творческие успехи машин

Генеративные модели машинного обучения, созданные в последние годы, применяются в самых разных областях человеческой деятельности, требующих решения творческих задач. Например, за последние десять лет заключен ряд альянсов между командами, специализирующимися на создании алгоритмов для генеративной биохимии, и крупными фармкомпаниями. В частности, фармацевтический гигант Pfizer объявил о сотрудничестве с IBM Watson, другой — Sanofi — приобрёл компанию Genzyme и подписал соглашение о сотрудничестве с Recursion Pharmaceuticals. Лидер британской фармацевтики GlaxoSmithKline вступил в союз с компанией Exscientia, американский фармгигант Celgene — с Evotec, швейцарский Roche в лице своего дочернего предприятия Genentech использует технологии ИИ компании GNS Healthcare, один из лидеров мировой офтальмологии Santen объединил усилия с компанией twoXAR в поиске новых лекарств от глаукомы, а фонд Royal Free London NHS Foundation Trust заключил соглашение с компанией DeepMind в целях поиска эффективной терапии острой почечной недостаточности и так далее[2995], [2996].

Для поиска новых лекарств-кандидатов в наши дни активно применяют модели, основанные на трансформерах. Например, при помощи трансформеров успешно предсказывают результаты химических реакций, что позволяет эффективнее отбирать наиболее интересные молекулы[2997].

В соответствии с данными исследования, проведённого специалистами компании MarketsAndMarkets, прогнозируется, что к 2024 г. мировой рынок технологий ИИ для открытия лекарств достигнет 1434 млн долларов США, по сравнению с 259 млн долларов США в 2019 г., при среднегодовом росте около 40% в течение прогнозируемого периода[2998].

Настоящая революция произошла под влиянием генеративных моделей в современной химии. Разработанный профессором Артёмом Огановым эффективный метод предсказания кристаллических структур[2999], основанный на эволюционном алгоритме, стал основой системы USPEX (Universal Structure Predictor: Evolutionary Xtallography, Универсальный предсказатель структур эволюционной кристаллографии)[3000], которую в наши дни используют более 6000 исследователей во всём мире. При помощи USPEX Оганову удалось предсказать сверхтвёрдую структуру бора[3001], прозрачную фазу натрия[3002], новый сверхтвёрдый аллотроп углерода[3003], стабильные соединения гелия и натрия[3004], а также, казалось бы, невозможные соединения, такие как Na3Cl[3005]. Впоследствии эти предсказания удалось подтвердить экспериментально, что существенно повлияло на основы современной химии и материаловедения. Разработанные Огановым теоретические методы позволяют предсказывать и получать материалы с заданными свойствами.

Благодаря нейросетевым моделям удалось значительно продвинуться в решении задачи предсказания пространственной структуры белков [protein structure prediction] — одной из самых важных целей теоретической химии и биоинформатики. Информация о структуре белка используется в медицине (например, в фармацевтике) и биотехнологиях (например, при создании новых ферментов).

В ноябре 2020 г. в Nature вышла статья «Это изменит всё: ИИ DeepMind совершает гигантский скачок в решении [задачи предсказания] белковых структур» (‘It will change everything’: DeepMind’s AI makes gigantic leap in solving protein structures)[3006], написанная по результатам прошедших в августе того же года соревнований CASP14 (14th Community Wide Experiment on the Critical Assessment of Techniques for Protein Structure Prediction, 14-й общественный эксперимент по критической оценке методов прогнозирования структуры белка). Система AlphaFold, разработанная специалистами DeepMind, уже становилась победительницей предыдущих соревнований CASP двумя годами ранее, но в 2020 г. результаты новой версии системы оказались потрясающими. AlphaFold 2 практически достигла точности, соответствующей возможностям современных дорогостоящих лабораторных методов. «Это меняет правила игры», — говорит Андрей Лупас, биолог-эволюционист из Института биологии развития Общества Макса Планка в Тюбингене, который оценивал эффективность команд, участвовавших в CASP. AlphaFold уже помог ему найти структуру белка, над которой его лаборатория билась в течение десяти лет. «Это изменит медицину. Это изменит исследования. Это изменит биоинженерию. Это всё изменит», — добавляет Лупас.

После успеха AlphaFold 2 многие команды постарались на основе доступной информации создать собственную версию системы и получили неплохие результаты (здесь можно отметить, например, проект RoseTTAFold[3007]). А в июле 2021 г. авторы AlphaFold наконец опубликовали исходный код своей системы и статью с её детальным описанием: «Высокоточное предсказание структуры белка с помощью AlphaFold» (Highly accurate protein structure prediction with AlphaFold)[3008].