本·拉斐爾:虛擬教學昆蟲行走

一位1992年西屋科學獎決賽入圍者從六足行走模擬研究轉向癌症遺傳學和進化


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他的決賽入圍年份: 1992

他的決賽專案:教計算機模擬昆蟲如何學習行走

專案緣起:本·拉斐爾從小就“非常熱衷於人工智慧”和機器人。但他表示,與許多孩子沉迷於艾薩克·阿西莫夫的小說不同,“我更像是一個科學怪才,而不是科幻小說迷”。他儘可能多地閱讀關於神經網路的資料——基本上是模擬大腦和神經系統如何解決問題的複雜計算機程式。他在20世紀80年代初學會了為父母在弗吉尼亞州費爾法克斯的家中購買的電腦程式設計,並且作為保羅六世天主教高中的學生,他決定做一個科學專案來展示這些機器能做什麼。

他的計劃?構建一個計算機神經網路,模擬昆蟲種群如何發展出行走能力。“我的想法——作為一個高中生,有點天真——是,如果我們想教機器人行走,這在自然界中是如何真正發生的?”他說。他研究了文獻,瞭解兩足和四足動物如何闊步和疾馳,然後研究了六足生物。

當他將描述動物如何行走的方程式輸入電腦,並賦予行走最遠的昆蟲生存和繁殖的能力時,經過幾代,昆蟲的腿變得更加受控和同步。該軟體允許使用者在螢幕上觀看這個過程。考慮到15多年前的圖形狀態,“我確信現在看起來會更酷,”他說,但該程式足以讓他入圍1992年西屋科學天才獎決賽。

對職業生涯的影響:許多西屋科學獎和英特爾科學獎決賽入圍者最終從事的工作與他們的專案完全不同。但拉斐爾不是這樣,他最終以構建生物過程的計算機模型為職業。



然而,他並沒有立即開始這樣做。拉斐爾於1992年進入麻省理工學院,計劃主修計算機科學。他還選修了很多生物課程,但在學習過程中,他發現自己真的很喜歡數學。他主修了數學,然後去了加州大學聖地亞哥分校攻讀數學研究生,他的論文是關於運算元理論中的一個問題,運算元理論是量子力學中使用的數學領域。

但當他即將於2002年畢業時,他突然看到了理論數學本身的問題。他說,在某種程度上,你正在解決的問題“如果幸運的話,世界上只有不到六個人真正理解或欣賞它們”。他決定做一些更多人能夠理解的事情。問題是,做什麼呢?

幸運的是,大約在此時,加州大學聖地亞哥分校開設了一個生物資訊學專案,該專案使用計算機和資訊科技來解決生物學問題。拉斐爾參加了首批開設的研究生課程之一,並且“對此非常興奮”。他最終在聖地亞哥演算法和系統生物學中心主任帕維爾·佩夫茲納的指導下在該專案中做博士後研究。

佩夫茲納在談到拉斐爾時說:“他非常與眾不同。”“他來找我時對生物資訊學一無所知。但他非常聰明,這有很大的不同。”佩夫茲納說,在聖地亞哥期間,拉斐爾進行了一些最早的主要研究,以弄清楚人類基因組中的哪些變化會導致癌症。這不是一個容易回答的問題,但拉斐爾的數學背景使他非常適合取得進展。此後,他在Genome ResearchBioinformatics和其他期刊上發表了研究。從那時起,佩夫茲納開玩笑說,他“開始喜歡僱用數學家”,把他們變成生物資訊學家,並且“兩年後把他們變成明星”。

他現在在做什麼:拉斐爾於2006年接受了布朗大學計算機科學系的教職。他繼續分析基因組序列,研究基因組在進化過程中如何變化。他最著名的工作大多是關於癌症遺傳學的,但他也研究與進化相關的基因變化。例如,我們能否確定人類和黑猩猩何時何地分道揚鑣?隨著遺傳學知識的增長,新的問題不斷湧現。“當然,在我的職業生涯中,我毫不擔心會缺乏有趣的問題,”拉斐爾說。

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