華人學者新突破！錢璐璐團隊開發DNA人工神經網路，能夠識別手寫數字
葯明康德AI/報道
AI神經網路能夠識別手寫的字體已經不是什麼新鮮事，但如果這個神經網路是由DNA組成的呢？而近日，加州理工學院的生物工程助理教授錢璐璐團隊就給我們帶來了一項突破：該團隊用DNA製造出了一種人工神經網路，可以完成正確識別手寫數字的過程。該研究發表在了《自然》上，標誌著人工智慧在編入合成生物分子電路方面，邁出了重要的一步。
人工神經網路是一種基於人腦建立的數學模型。儘管與大腦相比結構相對簡單，但人工神經網路和大腦中的神經元網路一樣，能夠處理複雜的信息。錢璐璐團隊的這項研究最終目標就是，用由DNA製成的人工神經網路來編程智能行為，如計算或做出選擇的能力等。
▲本研究的主要負責人錢璐璐教授（圖片來源：加州理工學院官網）
「每個人的大腦中都有超過800億個神經元，賦予了人類做出複雜決定的能力。而蛔蟲等小型動物可以使用幾百個神經元，來做出某些簡單的決策，」 錢璐璐博士表示：「在這項研究中，我們設計並創建了生物化學電路，其功能就像一個小型神經元網路，可以用一種比從前更加複雜的方式，將分子信息進行分類。」
此次錢璐璐博士和其實驗室研究生Kevin Cherry一起，選擇讓這個神經網路完成一個經典任務，即識別手寫數字的字跡，從而測試該DNA構成的神經網路的能力。在這一任務中，研究人員必須訓練神經網路來識別數字和手寫字跡的變化，然後將未知數字與神經網路的「記憶」進行比較，從而進行識別。
在研究中，該神經網路需要識別的是「分子筆跡」，而不是手寫數字的幾何形狀。這些分子筆跡由來自100個分子中的20個獨特的DNA鏈組成，而其中每一個分子都代表一幅10×10大小的圖片中的單個像素。DNA神經網路可以將一個分子筆跡分為9個類別，每類代表從1到9的九個手寫數字之一。
▲DNA人工神經網路識別數字6和7過程的示意圖（圖片來源：《Nature》）
Kevin首先構建了一個神經網路，來區分手寫的數字6和7。這一系統理論上可以將超過12000個手寫的數字6和7進行分類，其中90%的數字來源於一個用於機器學習的手寫數字資料庫。在此基礎之上，他開發出了一個更加複雜的神經網路，可以將數字1到9進行分類識別。當一個未知數字出現時，該神經網路在進行一系列識別過程後會輸出兩個熒光信號，來代表其識別出來的結果。
「儘管科學家們才剛剛開始探索，如何在分子機器中創造人工智慧，但其潛力已經不可否認，」錢璐璐博士表示：「計算機和智能手機讓人類可以完成百年前無法完成的事情。相似的是，人工分子機器可以讓所有由分子製成的東西更能適應未來一百年之後的環境。」
「常見的醫學診斷能夠檢測出一些生物分子的存在，例如膽固醇或血糖等，」 Cherry說道： 「使用這種更加複雜的生物分子電路，可以讓醫學診斷和試驗的範圍更加廣泛，從而囊括上百種生物分子，並且在分子環境中直接對其進行分析。」
這一具有廣泛應用前景的新技術突破，未來會如何發展呢？讓我們拭目以待。
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