解開藥物研發的智慧鎖
專訪人工智能藥物發現專家魏樂義


在應用科學學院的人工智能藥物發現中心,魏樂義教授全神貫注盯著電腦屏幕,屏幕上顯示的是他最新的研究,這是他的日常,也是他科研生涯的縮影,無數“日常”造就了這位人工智能與生物信息學專家。魏教授利用人工智能算法,加速生物分子結構功能發現及新藥研發,至今已發表超過140篇高水平SCIE論文,連續四年入選科睿唯安(Clarivate)跨學科領域全球前1%高被引科學家,以及美國斯坦福全球前2%頂尖科學家榜單,研究成果豐碩。甚麼驅使他十多年來矢志不渝,在科研路上勇往直前?

跨領域科研的鎖匠

魏樂義教授的學術旅程始於數學,在研究生階段毅然轉向計算機科學。他的導師當時正從事生物信息學的研究,利用人工智能技術拆解生命科學相關課題,讓魏教授迎來跨學科領域研究的契機。2010年,深度學習尚未風靡之時,魏教授已對如何利用人工智能挖掘生物大數據背後的規律和問題充滿興趣。面對缺乏生物學背景的挑戰,他選擇迎難而上:“我的學習方法是問題驅動,就是需要用到某種知識,便去深入瞭解學習。比如,當研究蛋白質相關內容時,就去看關於蛋白質的基礎知識;在研究課題中遇到不懂之處,就會針對性進行搜索並解決。”


目前魏教授的主要研究方向有兩個,一是生物大分子序列分析,偏向疾病基因的基礎研究,二是側重治療方面的生物醫藥研發。他用生動的比喻解釋兩者間的關係:“前者可以看作是房間門鎖形狀,後者則是開門的鑰匙。我的工作就像是打磨出更合適的鑰匙,去開啟疾病治療的大門。”從專注於生物序列分析,到涉足藥物研發,魏教授的科研之路並非一帆風順。2020年,新冠病毒的肆虐成為他轉變研究方向的催化劑。面對全球急需有效藥物治療,魏教授意識到加速藥物研發的必要性。人工智能輔能不僅是科研趨勢,更有機會是拯救生命的關鍵。於是,他決定走出舒適圈,將研究方向轉向生物醫藥研發,將這份科研使命視為義不容辭的己任。

推進人工智能藥物研發的落地應用

回顧十載學術生涯,魏教授披荊斬棘,帶領研究團隊在全球頂尖科研期刊《自然》子刊實現突破,擔任SCI期刊《遺傳學前沿》(Frontiers in Genetics)副編輯,亦主持國家自然科學基金委員會優秀青年基金的資助項目。被問及這些榮譽會否帶來壓力,魏教授笑說:“比起榮譽,我更注重的是科學本身,看重研究課題在學術方面產生效益,以及怎樣實現成果落地轉化去服務社會。”

利用人工智能技術,可以識別更多潛在藥物靶標,推動治療創新,降低開發成本,但研究人員面臨數據質量和模型可解釋性兩大難題。針對數據質量問題,魏教授提出通過數據增強、轉移學習等方法提高模型穩健性,並加強與製藥公司和研究機構的合作,整合更多數據資源。對於模型可解釋性難題,他設計融合化學反應基底的模型,使每一步決策都有跡可循,成功解釋黑盒運作過程。

為了讓非計算機背景的學者也能使用深度學習模型進行藥物研究,魏教授成功開發出DeepBIO一站式線上服務平台。該平台簡單易用,用戶只需輸入原始數據,即可從40多種先進模型中挑選最合適的模型,獲得相應結果和可視化內容,大大降低技術門檻和設備成本之餘也提高實用性。魏教授透露,未來將推出新版本,致力於提升藥物科研水平,促進行業發展。


解構高引用論文的流量密碼

魏教授多次入選全球頂尖科學家榜單,其論文引用量節節攀升,彰顯他的研究成果備受學術界關注。歸根究底是因為魏教授的研究課題比較前沿,他是把人工智能結合生物學進行跨領域研究的先導者,有關領域至今仍是研究熱點。很多人以相關的關鍵詞搜索他發表過的論文,研究相關課題的學者紛紛引用他的文章。

魏教授認為,前瞻性並非盲目追逐熱點,而是基於對自身科研領域的深刻理解和敏感度。他強調:“每個人所做的研究終將成為熱點,並自帶流量。”話雖如此,對於大多數人而言,培養前瞻性並非易事。魏教授覺得這項“技能”是長期的科研訓練,並非一蹴而就,他分享其研究團隊的做法是,每週組織團隊會議,讓每位成員分享解讀一至兩則科創焦點信息,通過團隊智慧碰撞,持續瞭解最新技術和問題。

同時,在科技日新月異的當下,緊貼前沿科研發展,讓自己掌握最新技術尤為重要。他會定期參加海內外的學術交流活動,關注知名學術期刊公佈的前沿課題,如《自然》雜誌每年列出的十大關鍵科學問題,以此拓寬視野,跳脫既有研究課題的侷限。

享受澳門國際化學術氛圍

魏教授曾在中國多個城市,以及日本東京從事科研工作,他得知澳理大成立了人工智能藥物發現中心,與他的志業不謀而合,便把握機會加入澳理大從事研究工作。遊走多地,魏教授更喜歡澳門的學術環境,覺得更能潛心專注研究,享受澳門獨有的跨文化合作創新氛圍,讓他在研究中更開放、更靈活。



澳門作為多元文化交匯之地,以其獨特的地理優勢和國際化的科研氛圍,為跨學科合作創設多元生態。魏教授對此深有感觸:“在這裡,我能夠與來自全球的精英並肩作戰,共同探索人工智能與醫藥研發的深度融合,推動領域的創新前行。澳門特區政府在科技創新上大力支持,尤其是在生命科學和人工智能領域的投入,助科學研究日新月盛。”展望未來,魏教授希望透過與澳理大科研團隊的合作,為藥物研發帶來更多創新的解決方案,為澳門在全球醫藥科技領域的發展貢獻自己的一份心力。


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