SpatialAgent:开创空间生物学新纪元的自主AI智能体
人工智能正深刻改变科学发现的方式,但空间生物学这一研究生物分子和细胞在组织中三维分布的领域,仍受制于劳动密集型分析流程。近日,王瀚宸团队推出首个专为空间生物学设计的自主AI智能体——SpatialAgent。该系统结合大语言模型(LLM)、动态工具执行和自适应推理能力,覆盖实验设计、多模态数据分析到假设生成的完整科研流程。测试表明,SpatialAgent在处理包含人类大脑、心脏及小鼠结肠炎模型的两百万个细胞数据时,表现超越现有最佳算法,甚至与人类科学家相当或更优。
核心架构与功能
SpatialAgent由三大模块组成:记忆模块存储任务目标与执行步骤;规划模块通过链式推理拆解复杂任务并调用工具;行动模块负责具体操作,如数据预处理、基因面板设计等。系统支持全自动与协作模式,既能独立运行,也可融入科学家的工作流。
在基因面板设计任务中,SpatialAgent表现出色。例如,在人类背外侧前额叶皮层(DLPFC)数据集中,其设计的基因面板在细胞类型预测准确率上比最佳算法高6-19%,空间坐标预测性能提升达47%。同时,耗时仅30分钟,远低于人类专家平均8小时的工作时间。人机协作进一步提升了结果准确性。
细胞注释与假设生成
传统细胞注释工具常忽略空间上下文,而SpatialAgent整合分子表达、空间位置和形态学信息,显著提高注释精度。在人类心脏数据中,其一致性达82.3%,优于CellTypist(45.7%)和GPT-CellType(81.1%)。此外,SpatialAgent还能生成科学假设。在小鼠结肠炎模型中,它揭示了TGF-β信号和IL-11介导的基质重塑机制,并生成了一份包含可验证靶点的详细报告。
挑战与未来方向
尽管成果显著,SpatialAgent仍有局限性:对罕见细胞类型识别较弱,存在大模型幻觉风险,且需开发多智能体分工架构以应对复杂任务。然而,其诞生标志着空间生物学进入“自动化2.0”时代,重新定义了人机协作的可能性。
结合实时成像与临床数据,下一代AI智能体有望成为主动合作者,推动生物医学研究迈向新范式。
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