Все новости

Искусственный интеллект научился предсказывать новые химические реакции

Правда, часть из них люди успели открыть раньше

ТАСС, 25 февраля. Химики разработали нейросеть, которая может обучаться химическим законам и использовать их для предсказания новых реакций между сложными органическими соединениями. Ее создание ускорит и упростит поиски новых лекарств, пишет пресс-служба Российского научного фонда (РНФ). Результаты исследования опубликовал научный журнал Scientific Reports.

"Наша система предложила несколько типов реакций, внешне похожих на реакцию Сузуки (широко применяется в фармакологии и промышленности для производства стиролов, бифенилов и других органических веществ, – прим. ТАСС). Их не было в нашей обучающей выборке, основанной на публикациях до 2016 года, но они нашлись в более поздних исследованиях. Это показывает, что наш подход действительно позволяет находить новые химические реакции", – рассказал один из авторов работы, старший научный сотрудник Казанского федерального университета Тимур Маджидов.

За последние годы ученые значительно продвинулись в разработке систем искусственного интеллекта. Созданные за это время нейросети могут выполнять нетривиальные задачи и даже "мыслить" творчески, создавая новые образцы искусства и технологий. Это стало возможным благодаря развитию вычислительных систем и появлению новых математических принципов, которые описывают устройство и работу систем машинного обучения.

Маджидов и его коллеги приспособили нейросети для поиска новых химических реакций между уже известными веществами. При этом искусственный интеллект опирается на знания, которые получает, изучая законы химии и уже известные взаимодействия между изучаемыми молекулами.

Как правило, новые вещества и реакции между ними ученые открывают практически в "ручном" режиме, путем проб и ошибок, и мысленных экспериментов. Численные методы и химические алгоритмы в подобной работе используют очень редко. Однако при оптимизации уже открытых молекул и процессов, в которых они участвуют, их применяют достаточно широко.

Это во многом связано с тем, что для работы с такими инструментами нужно не только знать законы химии и известные реакции, но и уметь открывать новые закономерности и применять их. Это недоступно всем существующим классическим и большинству нейросетевых алгоритмов.

В ходе новой работы химики из России, Франции и Японии предположили, что эту проблему можно решить, если использовать нейросеть со своей собственной памятью, которая может запоминать цепочки реакций. Благодаря этому искусственный интеллект может научиться химическим законам, которые управляют реакциями между разными классами веществ, и использовать их для предсказания новых.

Для тренировки и проверки работоспособности нового алгоритма ученые изучили и перевели на "язык" нейросети несколько сотен научных работ, посвященных изучению так называемой реакции Сузуки, которую применяют в фармакологии и промышленности для производства стиролов, бифенилов и других органических веществ. Ее открыл в 1979 году японский химик Акира Сузуки. Он получил за это Нобелевскую премию 2010 года.

Проанализировав в общей сложности более 3 млн реакций подобного рода, уже открытых и изученных химиками в промежутке между 1979 и 2016 годами, нейросеть успешно научилась предсказывать их и открывать новые взаимодействия. В общей сложности система искусственного интеллекта предложила более тысячи потенциальных взаимодействий молекул, похожих на реакцию Сузуки, половина из которых была ранее неизвестна.

Детально изучив эти реакции и отобрав наиболее стабильные варианты подобных химических взаимодействий, ученые выяснили, что небольшую, но весомую часть из них ученые уже открыли. Это подтвердило, что нейросети в принципе могут открывать новые химические взаимодействия, а с другой стороны показало, что пока их способности в этом отношении достаточно сильно ограничены.