2024年诺贝尔化学奖授予人工智能与蛋白质预测

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斯德哥尔摩时间10月9日，2024年诺贝尔化学奖被宣布授予三位科学家，其中，一半授予美国华盛顿大学的大卫·贝克 （David Baker），以表彰其在计算蛋白质设计方面的贡献，另一半则共同授予英国伦敦的谷歌DeepMind公司的德米斯·哈萨比斯（Demis Hassabis）和约翰·乔普（John M. Jumper），以表彰其在蛋白质结构预测方面的贡献。

瑞典皇家科学院发言称：今年诺贝尔化学奖的主题是蛋白质——生命中巧妙的化学工具。大卫·贝克“成功完成了几乎不可能的任务”，构建了全新的蛋白质类型。德米斯·哈萨比斯和约翰·乔普则开发了一种AI模型，解决了一个困扰科学界50年的难题：预测蛋白质的复杂结构。这些发现具有巨大的潜力。

大卫·贝克及其团队开发的Top7，第一个具有新颖折叠的人工蛋白质

大卫·贝克生于1962年，美国国家科学院及美国艺术与科学院院士，华盛顿大学蛋白质设计研究所所长。他在1984年取得哈佛大学本科学位，1989年在加州大学伯克利的Randy Schekman实验室获得生物化学博士学位（Schekman后来获得2013年诺贝尔生理学或医学奖），1993年在加州大学旧金山跟随David Agard院士完成博士后，同年加入华盛顿大学至今，2000年成为霍华德·休斯医学院研究员。贝克与他人共同创立了十多家生物技术公司，包括2001年被礼来子公司收购的Prospect Genomics，2023年被阿斯利康收购的Icosavax，以及Sana biotechnology，Lyell Immunotherapeutics和Xaira Therapeutics等。由于他在蛋白质折叠方面的工作，贝克获得了许多奖项，包括费曼纳米技术奖（2004），萨克勒国际生物物理学奖（2008）和生命科学突破奖（2021）。

由贝克开创的蛋白质设计技术被《自然》列入2024年七大最值得关注的技术领域，与脑机接口、大片段DNA插入、深度伪造检测、超分辨率成像技术、细胞图谱、3D打印纳米材料同列。

哈萨比斯及其参与开发的经典游戏《主题公园》

德米斯·哈萨比斯爵士，生于1976年，英国皇家学会、英国皇家工程院、皇家艺术学会及梵蒂冈宗座科学院院士。他于2009年获伦敦大学学院认知神经科学博士学位，导师是著名神经科学家Eleanor Maguire院士，并作为访问科学家在麻省理工学院（MIT）和哈佛大学从事研究，逐渐地他萌生了从人类大脑中寻找新的人工智能算法的灵感，然后回到伦敦大学学院进行博士后工作，在想象、记忆和健忘症领域合著了多篇重量级顶刊论文，其中他的第一篇学术论文首次系统性表明海马体受损患者（导致健忘症）也丧失了对新经历的想象能力，基于这项工作，哈萨比斯开发了一种新的情景记忆系统理论，成为目前记忆回忆和想象的关键过程，被《科学》列为年度十大科学突破。再后来，他对这些想法进行了概括，提出了“大脑模拟引擎”概念。2010年，哈萨比斯与谢恩·莱格和穆斯塔法·苏莱曼联合成立了机器学习人工智能初创公司DeepMind，并招募了哈萨比斯在大学的朋友和Elixir游戏工作室的合伙人David Silver。DeepMind最著名的成就是开发了一系列开创性的人工智能技术。2014年公司被谷歌以4亿收购后，两年后开发出一款人工智能框架，成功让数据中心降温电费减少了40%，在几年里为谷歌省下了数亿美元。2015年DeepMind的AlphaGo横空出世，成为第一个无需让子即可在19路棋盘上击败围棋职业棋手的电脑围棋程序。2018年12月DeepMind公司的AlphaFold首次攻破 “科学界50年来最大挑战”即蛋白质折叠，通过通过成功预测43种蛋白质中的25种最准确的结构，赢得了CASP13（第13届业界范围实验 - 蛋白质结构预测技术关键评估），2020年二代AlphaFold2又更加精确的赢下CASP14，成为具备精确实用意义的研究工具。哈萨比斯于2016年获英国皇家工程院银质奖章并入选全球“10位最具影响力(好或坏)的科学家”，2017年获美国成就学院金盘奖及亚洲科技杰出成就奖，同年获大英帝国司令勋章。2020年获丹·大卫奖-未来奖及宗座科学院庇护十一世奖章，2022年获威利生物医学科学奖、西班牙阿斯图里亚斯公主奖、BBVA基金会知识前沿奖及全球瑞士人工智能奖，2023年获拉斯克基础医学研究奖及盖尔德纳国际奖，2024年获庆应义塾医学奖，同年获晋封英国爵士称号（爵级司令勋章）。他于2015年入选《金融时报》欧洲50强企业家，2016年成为《金融时报》年度数字企业家，2017年入选《时代》全球100位最具影响力人物，2018年成为英国政府人工智能办公室顾问，2024年当选年度人工智能公民。

哈萨比斯的父亲为希腊裔塞浦路斯人，母亲为新加坡华裔，他是一位经历极为丰富的跨界名人，自幼便是超级神童，13岁获得国际象棋大师头衔，在全球所有14岁以下棋手中等级分为2300，仅次于波尔加·朱迪（史上最年轻国际象棋特级大师和史上最强女性国际象棋棋手）的2335分。他担任过很多次英格兰少年国际象棋队的队长，后来在剑桥大学就读时作为学校代表参加了1995~1997年的三届牛津-剑桥国际象棋比赛并获胜。1988-1990年间他就读于伊丽莎白女王学校，随后由父母在家教育，期间他用国际象棋比赛奖金购买了第一台电脑并自学编程。他在16岁提前两年完成了大学升学的A-Level考试，但被剑桥大学认为年龄太小要求隔年再入学，他因此去到了著名的牛蛙工作室（Bullfrog productions），开始了自己的电子游戏行业生涯，在牛蛙他直接参与开发了经典的《叛逆辛迪加》和《主题公园》的开发，在这一年挣够了支付大学学费的钱。1997年在剑桥大学学士毕业后，他加入狮头工作室（Lionhead Studios），之后创立了灵药工作室（Elixir Studios），主要为微软和维旺迪环球公司制作电子游戏。在10年成功的职业生涯中，他制作了许多畅销和获奖的电子游戏。他是一位世界级电子竞技高手，在2003年退出电竞圈之前五次赢得获得过世界智力运动奥运会（Mind Sports Olympiad）世界游戏锦标赛总冠军（World Games Championships），五次赢得全能脑力王（Pentamind）称号，2003年及2004年两次获得十项全能王（Decamentathlon）称号，2004年赢得《外交（Diplomacy）》策略游戏团体世界冠军。在2003年和2004年，哈萨比斯赢得了十项全能的冠军。他也精通日本将棋、扑克等运动，是世界扑克大赛（World Series of Poker）六个赛季中非常成功的选手。他19岁开始学习围棋，这成为他后来开发出击败众多围棋大师的AlphaGo的基础。

值得特别强调的是，这是史上第二次由一位国际象棋大师获得诺贝尔奖，上一位是2020年诺贝尔物理学奖获得者罗杰·彭罗斯，他整个家族都是国际象棋高手，他本人4岁学棋，13岁成为英国少年冠军，共获得不下10次英国全国冠军并代表英格兰参加9次国际象棋奥林匹克竞赛，并成为国际象棋特级大师，1993年被国际棋联授予荣誉特级大师称号。

乔普和他一力促成的蛋白质计算工具AlphaFold2

约翰·乔普生于1985年，是诺奖历史上首位“80后”得主，博士毕业7年就获得诺奖。他于2021年获BBVA基金会知识前沿奖，2022年获威利生物医学科学奖，2023年获拉斯克基础医学研究奖、生命科学突破奖和盖尔德纳国际奖，在2021年被《自然》列入科学领域年度十大人物榜单。乔普在青少年时就自学计算机编程，他在物理上也很有天赋，所以本科读了物理和数学，和费米加速器实验室的团队合作研究被称为夸克的亚原子粒子的奇怪性质。他在剑桥大学硕士毕业后一开始选择继续攻读凝聚态物理博士，但中途离开。去了私人研究机构D.E.Shaw从事蛋白质计算机模拟工作。在之后他决定继续学业，2017年获得芝加哥大学博士学位，在导师Tobin R. Sosnick教授和Karl Freed院士指导下进行蛋白质研究与机器学习和神经网络的融合学科研究。博士毕业后乔普加入正在开发Alphafold技术的谷歌DeepMind团队。2017年第一代Alphafold赢得CASP13（蛋白质预测领域的全球最高水平技术竞赛，比的是预测的结构与实验室里实际确定的蛋白质实际结构有多接近）后，乔普坚持放弃原本路线重新开发更新的架构，第二代AlphaFold2在2年后的CASP14再次获胜，并且这次不但分析效率更高，误差范围也仅有1.6埃，意味着预测精度已达到单个原子级别，在研究中已经具备实用能力。乔普的成果让结构生物学研究速度得以提高5~10%，生物学家可能在研究中节省一到两年时间，更快地去检验和确定某种蛋白质结构。其他科学领域也在利用Alphafold2，如绘制更好的人类心脏图表，建立抗生素耐药模型，鉴定古生物化石等。2024年DeepMind发布第三代不开源的商用AlphaFold3，是目前业内最强大的结构预测工具之一，用于预测相互结合的蛋白质、DNA 和RNA 以及其他小分子结构。

ZOOM会议中的AlphaFold团队 （来源：DeepMind）