医学の地平線

第145号　AIの科学への貢献と将来への展望

2022年の暮れにChatGPTが公開され、AIの世界が急展開しました。それまでは人工知能（Artificial Intelligence）と言ってもそれほどの驚きは無かったのですが、ChatGPTは突然人間のような対応をするようになりました。どのような質問にも、まさに人間のような答えを返します（内容がでたらめの場合もありますが、文章はしっかりしています）。ChatGPTを始め生成系AIの進歩は、テキスト、画像、音楽など、多岐にわたる分野で革新的な変化をもたらしています。しかし、ここでは科学に与えるAIの影響について解説します。

医学生物学の世界ではAIは大きな貢献をしています。DeepMindによるAlphaFoldプロジェクトは、生物学と人工知能（AI）が交差する分野で著しい貢献をしました。DeepMindはGoogleの子会社で、囲碁のプロの棋士を負かせたAlphaGoを開発した会社です。AlphaFoldは、AIを用いてアミノ酸配列からたんぱく質の立体構造を予測するシステムです。アミノ酸配列は遺伝子を読めばわかるので、遺伝子からタンパク質の3次元構造が予測できるのです。たんぱく質の構造は通常、結晶のX線回折やクリオ電顕により決定されていました。これを配列情報だけから決定することは、生物学および医学研究において長年の大きな課題でした。たんぱく質の正確な構造を知ることは、新薬の設計や病気の治療法の開発に直接的な影響を及ぼします。そのためAlphaFoldプロジェクトの成果は、創薬に貢献し、個別化医療への道を開く可能性もあります。更に、たんぱく質の立体構造から、そのたんぱく質に結合する分子を正確に予測することも可能となるでしょう。

一方、GNoME（Graph Networks for Materials Exploration）は、同じDeepMindによって開発された、結晶の安定性を推定するためのAIプログラムです。GNoMEは、物質の結晶構造とその安定性を予測することができ、特に材料科学や化学の分野において重要な進展をもたらす可能性があります。

安定した結晶の発見は、新しい材料の発見や既存材料の改良において中心的な問題です。結晶構造の予測は、物質の物理的、化学的性質を理解する上で不可欠であり、半導体や電池の材料、ナノテクノロジーの分野における革新に寄与する可能性があります。GNoMEは200万個以上の安定結晶を発見しましたが、これまでの方法でこの数の結晶を発見するには800年かかったといいます。

更にAIは数学の問題を解くことも可能にしつつあります。現在のところ小学校程度の数学の問題を解くレベルで、高校や大学の入試問題、国際数学オリンピックの問題となるとそうはいきません。しかし、70%以上の問題は、問題を分解して一歩一歩論理を展開することで（step by step）解くことが可能になっています。ただ、一問に一つの解答ではなく、一つの問題に多くの解答を作成した場合、その中に正解があるというレベルです。この中から本当の正解を選ぶ必要があり、これを効率的に行うアルゴリズムが現在求められています。最近、解答を評価して正解に高得点を与えるFunSearchというアルゴリズムがDeepMindにより発表されました。これは、評価する関数を柔軟に変化させ、より正しい評価を行う関数に進化させるという方法です。これにより、重要な数学的問題を進歩させたと発表しています。また詳細は不明ですが、OpenAIがQ*という新しいアルゴリズムを開発し、それが数学問題の正解率を飛躍させたといううわさも流れています。数学も数式を含むものの、言語の一種であり、他人を納得させる言語を作成することは既にAIは得意になっています。世界中の数学者を納得させる、数式を含んだ言語を新たに作成することができれば、それは優れた数学者と言えるでしょう。

一方、物理学は人間の感覚器から得られるデータを数式と言語（時には図）によって説明する試みです。世の中のすべてのデータを入力すれば、人間の物理学者より優れたAIが現れないとも断言できません。

今後、高度の数学的問題、物理学的問題も容易に解くAIが現れると、それは人類にとって脅威となる可能性も無いとは言えません。例えば、物理学において新しい素粒子を発見し、それを用いて強力な兵器を作ることができる可能性が無いとは言えません。うまい言葉で人々を洗脳して、世界を不幸に導くようなAIが現れると大変です。世界中のAI研究者の中にはそれを心配して、AI研究を慎重に行うべきだと主張する人たちも多くいます。

私は、AI研究者が、もっとAIの原理を知るべきだと考えています。AI開発者の多くは、AIの動かし方や応用法、そしてその威力を知っていても、中で動いている原理を理解していません。なぜ一部の機能が人間より優れているのか、なぜ人間と見分けがつかない言語や絵画能力を持つのかを理解していません。どのような原理かはわからないが、作ったものの威力に驚いているわけです。これは非常に危険な状態だと思います。一般の人たちも、完全な理解は難しいものの、AIがおおよそどのような原理で動いているかを知ってほしいと思っています。それがわからないと、人類を不幸にしない方向でAIを発展させることはできません。今後、最先端のAIの進歩について、世界中の人々が目を離せないという段階に来ています。