科研黨狂喜，AI預測神經學研究結論超過人類專家水平

LLM可以比科學家更準確地預測神經學的研究結果！

最近，來自倫敦大學學院、劍橋大學、牛津大學等機構的團隊發佈了一個神經學專用基準BrainBench，登上了Nature子刊《自然人類行為（Nature human behavior）》。

結果顯示，經過該基準訓練的LLM在預測神經科學結果的準確度方面高達81.4%，遠超人類專家的63%。

在神經學常見的5個子領域：行為/認知、細胞/分子、系統/回路、神經疾病的神經生物學以及發育/塑性和修復中，LLM的表現也都全方位超過了人類專家。

更重要的是，這些模型被證實對於數據沒有明顯的記憶。

也就是說，它們已經掌握了一般科研的普遍模式，可以做更多的賽前分析性（Forward-looking）預測、預測未知的事物。

這立馬引發科研圈的圍觀。

多位教授和博士後博士後也表示，以後就可以讓LLM幫忙判斷更多研究的可行性了，nice！

LLM預測能力全面超越人類專家

讓我們先來看看論文的幾個重要結論：

總體結果：LLMs在BrainBench上的平均準確率為81.4%，而人類專家的平均準確率63.4%。LLMs的表現顯著優於人類專家

子領域表現：在神經科學的幾個重要的子領域：行為/認知、細胞/分子、系統/回路、神經疾病的神經生物學以及發育/塑性和修復中，LLMs在每個子領域的表現均優於人類專家，特別是在行為認知和系統/回路領域。

模型對比：較小的模型如Llama2-7B和Mistral-7B與較大的模型表現相當，而聊天或指令優化模型的表現不如其基礎模型。

人類專家的表現：大多數人類專家是博士學生、博士後研究員或教職員工。當限制人類響應為自我報告專業知識的最高20%時，準確率上升到66.2%，但仍低於LLMS。

置信度校準：LLMs和人類專家的置信度都校準良好，高置信度的預測更有可能是正確的。

記憶評估：沒有跡象表明LLMs記憶了BrainBench項目。使用zlib壓縮率和困惑度比率的分析表明，LLMs學習的是廣泛的科學模式，而不是記憶訓練數據。

全新神經學基準

本論文的一個重要貢獻，就是提出了一個賽前分析性的基準測試BrainBench，可以專門用於評估LLM在預測神經科學結果方面的能力。

那麼，具體是怎麼做到的呢？

數據收集

首先，團隊利用PubMed獲取了2002年至2022年間332807篇神經科學研究相關的摘要，從PubMed Central Open Access Subset（PMC OAS）中提取了123085篇全文文章，總計13億個tokens。

評估LLM和人類專家

其次，在上面收集的數據的基礎上，團隊為BrainBench創建了測試用例，主要通過修改論文摘要來實現。

具體來說，每個測試用例包括兩個版本的摘要：一個是原始版本，另一個是經過修改的版本。修改後的摘要會顯著改變研究結果，但保持整體連貫性。

測試者的任務是選擇哪個版本包含實際的研究結果。

團隊使用Eleuther Al Language Model EvaluationHaress框架，讓LLM在兩個版本的摘要之間進行選擇，通過困惑度（perplexity）來衡量其偏好。困惑度越低，表示模型越喜歡該摘要。

對人類專家行為的評估也是在相同測試用例上進行選擇，他們還需要提供自信度和專業知識評分。最終參與實驗的神經科學專家有171名。

實驗使用的LLM是經過預訓練的Mistral-7B-v0.1模型。通過LoRA技術進行微調後，準確度還能再增加3%。

評估LLM是否純記憶

為了衡量LLM是否掌握了思維邏輯，團隊還使用zlib壓縮率和困惑度比率來評估LLMs是否記憶了訓練數據。公式如下：

其中，ZLIB（X）表示文本X的zlib壓縮率，PPL（X）表示文本X的困惑度。

部分研究者認為只能當作輔助

這篇論文向我們展示了神經科學研究的一個新方向，或許未來在前期探索的時候，神經學專家都可以借助LLM的力量進行初步的科研想法篩選，剔除一些在方法、背景信息等方面存在明顯問題的計劃等。

但同時也有很多研究者對LLM的這個用法表示了質疑。

有人認為實驗才是科研最重要的部分，任何預測都沒什麼必要：

還有研究者認為科研的重點可能在於精確的解釋。

此外，也有網民指出實驗中的測試方法只考慮到了簡單的AB假設檢驗，真實研究中還有很多涉及到平均值/方差的情況。

整體來看，這個研究對於神經學科研工作的發展還是非常有啟發意義的，未來也有可能擴展到更多的學術研究領域。

研究人員們怎麼看呢？

參考鏈接：

[1]https://www.nature.com/articles/s41562-024-02046-9#author-information

[2]https://github.com/braingpt-lovelab/BrainBench

本文來自微信公眾號「量子位」，作者：奇月，36氪經授權發佈。