人工智能代理有惊人的优势,但也有弱点。科学家对可能性感到兴奋——超过60%的研究人员现在使用人工智能帮助工作——但他们对过度信任大型语言模型持谨慎态度。我们如何利用一个潜力巨大但也有风险的系统?如果你的科学问题可以转化为一组具体的、可检查的提议,连接一个自动评分循环,让人工智能迭代,它就能发挥作用。我们实验室最近将这种方法应用于视觉神经科学中的一个问题。我们将其转化为人工智能可以玩的游戏:人工智能的任务是编写Python程序,给定神经元调谐的参数,预测神经元对视觉刺激的反应。每个程序由固定管道自动评分,衡量方程拟合实验数据的程度。我们使用进化策略:每一步,系统提示大型语言模型编写一个改进先前尝试的新程序。系统运行45分钟,评估了几百个候选方程,成本仅为8.25美元。人工智能发现的方程在回顾时是显而易见的——它只是在标准高斯调谐曲线中添加了几个特征,特别是将高斯中的指数“2”改为自由形状参数。当这个指数低于1时,调谐曲线出现尖峰状峰值,产生高维群体编码。本文基于《The Transmitter》的报道,系统解析如何与人工智能协作及其在神经科学中的应用。
一、人工智能的优势与风险
| 优势 | 风险 |
|---|---|
| 编码:比几乎所有人类更快、更少错误地将想法转化为工作程序 | 幻觉:可能引用不存在的案例(律师因此面临经济处罚) |
| 数学:国际数学奥林匹克要求人工智能公司在宣布人工智能结果前给人类参与者一天时间享受成功 | — |
| 视觉推理:解释图形数据图 | — |
二、协作方法:进化策略
| 步骤 | 描述 |
|---|---|
| 1. 转化问题 | 将困难的科学问题转化为一组具体的、可检查的提议 |
| 2. 构建评分循环 | 编写固定代码,客观地评分任何候选解决方案 |
| 3. 人工智能迭代 | 让人工智能迭代,生成新的改进方案 |
| 4. 评分和选择 | 固定管道自动评分;得分高的方案被引用到未来的提示中 |
三、案例研究:视觉神经科学中的调谐曲线
| 方面 | 描述 |
|---|---|
| 问题 | 小鼠V1记录显示对方向的高维群体编码,但标准单神经元调谐曲线方程预测低维编码 |
| 人工智能任务 | 编写Python程序,给定神经元调谐参数,预测神经元对视觉刺激的反应 |
| 评分 | 测量方程拟合实验数据的程度 |
| 运行时间 | 45分钟 |
| 评估候选方程 | 几百个 |
| 成本 | 8.25美元(比某些先前方法便宜几个数量级) |
四、人工智能发现的方程
| 发现 | 描述 |
|---|---|
| 方程 | 在回顾时显而易见;将高斯中的指数“2”改为自由形状参数 |
| 当指数低于1时 | 调谐曲线出现尖峰状峰值 |
| 函数名称 | 拉伸指数(在其他科学领域常用,但尚未在神经科学中使用) |
| 单细胞水平 | 仅适度优于传统模型(仅改善接近峰值的刺激拟合) |
| 群体水平 | 戏剧性后果:产生高维群体编码,几乎完美匹配数据 |
五、为什么人类没有想到?
| 原因 | 描述 |
|---|---|
| 尖峰峰值 | 人类知道产生高维编码的调谐曲线不能无限可微——必须具有尖峰峰值——但没有告诉人工智能系统;人工智能发现了尖峰峰值,因为其对单细胞调谐的适度改进 |
六、人工智能在科学中的角色
| 角色 | 描述 |
|---|---|
| 不是 | 做你不能做的事情 |
| 是 | 做你本可以做但出于某种原因没有做的事情——而且更快 |
| 类比 | 像一个人类合作者——不是异常有创造力的合作者,但不停工作、擅长编码、了解所有科学领域(从其他学科引入想法) |
七、人类与人工智能的分工
| 任务 | 执行者 |
|---|---|
| 设置目标 | 人类 |
| 选择评分函数 | 人类 |
| 策划数据 | 人类 |
| 认识解决方案的科学意义 | 人类 |
| 产生稳步改进的方程 | 人工智能 |
| 从其他学科带来想法 | 人工智能 |
八、结论:人工智能协作的未来
即使当前的人工智能系统不可靠,这个项目展示了一种利用它们的方法:将困难的科学问题转化为一组具体的、可检查的提议,连接自动评分循环,让人工智能迭代。创造力仍然主要是人类的(选择问题和目标);人工智能的优势是在技术解决方案空间中进行不懈的、中等聪明的试错。这种组合已经足以解决神经科学中真实的、长期存在的谜题——没有理由认为这种协作风格不会在未来一两年内成为科学实践的标准部分。
核心信息:
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人工智能优势:编码、数学、视觉推理;风险:幻觉。
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协作方法:转化问题 → 评分循环 → 人工智能迭代。
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案例:45分钟,8.25美元,发现拉伸指数方程。
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人工智能发现尖峰峰值产生高维群体编码。
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人工智能做你本可以做但没做的事情——更快。
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人类:目标、评分函数、数据、意义识别;人工智能:迭代、跨学科想法。