كيف يشبه الجينوم الخاص بنا نموذج الذكاء الاصطناعي التوليدي
مصر:إيهاب محمد زايد
ماذا يفعل الجينوم؟ ربما سمعت أنه مخطط لكائن حي. أو أنها تشبه الوصفة إلى حد ما. لكن بناء كائن حي أكثر تعقيدًا بكثير من بناء منزل أو خبز كعكة.
خطرت لي هذا الأسبوع فكرة عن طريقة جديدة للتفكير في الجينوم، وهي فكرة مستوحاة من مجال الذكاء الاصطناعي. يرى اثنان من الباحثين أننا يجب أن نفكر في الأمر على أنه أشبه بنموذج توليدي، وهو شكل من أشكال الذكاء الاصطناعي الذي يمكنه توليد أشياء جديدة.
قد تكون على دراية بأدوات الذكاء الاصطناعي هذه، فهي الأدوات التي يمكنها إنشاء نصوص أو صور أو حتى أفلام من خلال مطالبات مختلفة. هل تعمل الجينومات لدينا بنفس الطريقة حقًا؟ إنها فكرة رائعة. دعنا نستكشف.
عندما كنت في المدرسة، تعلمت أن الجينوم هو في الأساس رمز للكائن الحي. فهو يحتوي على التعليمات اللازمة لصنع البروتينات المختلفة التي نحتاجها لبناء خلايانا وأنسجتنا والحفاظ على عملها. كان من المنطقي بالنسبة لي أن أفكر في الجينوم البشري باعتباره شيئًا مثل برنامج للإنسان.
لكن هذا التشبيه ينهار بمجرد أن تبدأ في انتقاده، كما يقول كيفن ميتشل، عالم الوراثة العصبية في كلية ترينيتي في دبلن، أيرلندا، والذي قضى الكثير من الوقت في التفكير في كيفية عمل الجينوم.
برنامج الكمبيوتر هو في الأساس سلسلة من الخطوات، كل منها يتحكم في جزء معين من التطوير. من الناحية البشرية، سيكون هذا مثل وجود مجموعة من التعليمات للبدء ببناء الدماغ، ثم الرأس، ثم الرقبة، وهكذا. هذه ليست الطريقة التي تعمل بها الأشياء.
هناك استعارة شائعة أخرى تشبّه الجينوم بمخطط الجسم. لكن المخطط هو في الأساس خطة لما يجب أن يبدو عليه الهيكل عندما يتم بناؤه بالكامل، حيث يمثل كل جزء من المخطط جزءًا من المنتج النهائي. جينوماتنا لا تعمل بهذه الطريقة أيضًا.
ليس الأمر كما لو أن لديك جينًا للمرفق وجينًا للحاجب. تشارك جينات متعددة في تطوير أجزاء متعددة من الجسم. يمكن أن تتداخل وظائف الجينات، ويمكن أن تعمل نفس الجينات بشكل مختلف اعتمادًا على وقت ومكان نشاطها. إنها أكثر تعقيدًا بكثير من المخطط.
ثم هناك استعارة الوصفة. في بعض النواحي، يكون هذا أكثر دقة من تشبيه المخطط أو البرنامج. قد يكون من المفيد أن نفكر في جيناتنا كمجموعة من المكونات والتعليمات، وأن نضع في اعتبارنا أن المنتج النهائي يكون أيضًا تحت رحمة التغيرات في درجة حرارة الفرن أو نوع طبق الخبز المستخدم، على سبيل المثال. يولد التوائم المتطابقة بنفس الحمض النووي، ولكنهم غالبًا ما يكونون مختلفين تمامًا عندما يصبحون بالغين.
يقول ميتشل إن استعارة الوصفة غامضة للغاية. وبدلاً من ذلك، يقوم هو وزميله نيك تشيني في جامعة فيرمونت باستعارة مفاهيم من الذكاء الاصطناعي لالتقاط ما يفعله الجينوم. يشير ميتشل إلى نماذج الذكاء الاصطناعي التوليدية مثل Midjourney وDALL-E، وكلاهما يمكنه إنشاء صور من المطالبات النصية. تعمل هذه النماذج من خلال التقاط عناصر الصور الموجودة لإنشاء صور جديدة.
لنفترض أنك كتبت مطالبة لصورة حصان. لقد تم تدريب العارضات على عدد كبير من صور الخيول، ويتم ضغط هذه الصور بشكل أساسي للسماح للعارضات بالتقاط عناصر معينة مما يمكن أن نطلق عليه “الخيول”. يمكن للذكاء الاصطناعي بعد ذلك إنشاء صورة جديدة تحتوي على هذه العناصر.
يمكننا أن نفكر في البيانات الجينية بطريقة مماثلة. ووفقا لهذا النموذج، قد نعتبر التطور هو بيانات التدريب. الجينوم هو البيانات المضغوطة – مجموعة المعلومات التي يمكن استخدامها لإنشاء الكائن الحي الجديد. فهو يحتوي على العناصر التي نحتاجها، ولكن هناك مجالًا واسعًا للتنوع. (هناك الكثير من التفاصيل حول الجوانب المختلفة للنموذج في الورقة، والتي لم تتم مراجعتها بعد من قبل النظراء).
يعتقد ميتشل أنه من المهم أن نرتب استعاراتنا عندما نفكر في الجينوم. تسمح التقنيات الجديدة للعلماء بالتحقيق بشكل أعمق في جيناتنا والأدوار التي تلعبها. يمكنهم الآن دراسة كيفية التعبير عن جميع الجينات في خلية واحدة، على سبيل المثال، وكيف يختلف ذلك عبر كل خلية في الجنين.
يقول ميتشل: “نحن بحاجة إلى إطار مفاهيمي يسمح لنا بفهم ذلك”. ويأمل أن هذا المفهوم سوف المساعدة في تطوير النماذج الرياضية التي قد تساعدنا على فهم أفضل للعلاقات المعقدة بين الجينات والكائنات الحية التي ينتهي بها الأمر إلى أن تصبح جزءًا منها – وبعبارة أخرى، بالضبط كيف تساهم مكونات الجينوم لدينا في تطورنا.
