人工智能驱动的虚拟细胞构建与跨尺度生命过程解析

林一瀚、汤超实验室 人工智能驱动的虚拟细胞构建与跨尺度生命过程解析

虚拟细胞模型是理解生命复杂性的关键工具，但现有模型多侧重单一数据类型或特定过程，难以反映细胞生命活动的整体动态性。本项目拟构建基于多组学数据整合的智能虚拟细胞模型，发展可解释、可通用的下一代人工智能方法体系，实现从单细胞到多细胞系统的全面模拟。项目将围绕三个关键科学问题开展研究：多源异质组学数据整合、多尺度生物系统时空动态建模、物理规律与机器学习模型融合。创新性地提出将系统生物学基本原理嵌入神经网络结构，设计基于物理约束的可解释神经网络架构，通过融合高分辨率显微成像、单细胞测序与物理力学模型，构建基于图注意力网络的多细胞系统时空动态模拟框架。项目期望建立能够准确预测药物作用机制的虚拟单细胞平台，发现3-5个具有应用前景的新靶点，开发基于AI驱动的线虫胚胎发育过程模拟系统，并提出描述生命复杂性的形式化语言框架，为理解生命复杂性提供系统性理论工具。