本·拉斐尔:虚拟教学昆虫行走

一位1992年西屋科学奖决赛入围者从六足行走模拟研究转向癌症遗传学和进化


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他的决赛入围年份: 1992

他的决赛项目:教计算机模拟昆虫如何学习行走

项目缘起:本·拉斐尔从小就“非常热衷于人工智能”和机器人。但他表示,与许多孩子沉迷于艾萨克·阿西莫夫的小说不同,“我更像是一个科学怪才,而不是科幻小说迷”。他尽可能多地阅读关于神经网络的资料——基本上是模拟大脑和神经系统如何解决问题的复杂计算机程序。他在20世纪80年代初学会了为父母在弗吉尼亚州费尔法克斯的家中购买的电脑编程,并且作为保罗六世天主教高中的学生,他决定做一个科学项目来展示这些机器能做什么。

他的计划?构建一个计算机神经网络,模拟昆虫种群如何发展出行走能力。“我的想法——作为一个高中生,有点天真——是,如果我们想教机器人行走,这在自然界中是如何真正发生的?”他说。他研究了文献,了解两足和四足动物如何阔步和疾驰,然后研究了六足生物。

当他将描述动物如何行走的方程式输入电脑,并赋予行走最远的昆虫生存和繁殖的能力时,经过几代,昆虫的腿变得更加受控和同步。该软件允许用户在屏幕上观看这个过程。考虑到15多年前的图形状态,“我确信现在看起来会更酷,”他说,但该程序足以让他入围1992年西屋科学天才奖决赛。

对职业生涯的影响:许多西屋科学奖和英特尔科学奖决赛入围者最终从事的工作与他们的项目完全不同。但拉斐尔不是这样,他最终以构建生物过程的计算机模型为职业。



然而,他并没有立即开始这样做。拉斐尔于1992年进入麻省理工学院,计划主修计算机科学。他还选修了很多生物课程,但在学习过程中,他发现自己真的很喜欢数学。他主修了数学,然后去了加州大学圣地亚哥分校攻读数学研究生,他的论文是关于算子理论中的一个问题,算子理论是量子力学中使用的数学领域。

但当他即将于2002年毕业时,他突然看到了理论数学本身的问题。他说,在某种程度上,你正在解决的问题“如果幸运的话,世界上只有不到六个人真正理解或欣赏它们”。他决定做一些更多人能够理解的事情。问题是,做什么呢?

幸运的是,大约在此时,加州大学圣地亚哥分校开设了一个生物信息学项目,该项目使用计算机和信息技术来解决生物学问题。拉斐尔参加了首批开设的研究生课程之一,并且“对此非常兴奋”。他最终在圣地亚哥算法和系统生物学中心主任帕维尔·佩夫兹纳的指导下在该项目中做博士后研究。

佩夫兹纳在谈到拉斐尔时说:“他非常与众不同。”“他来找我时对生物信息学一无所知。但他非常聪明,这有很大的不同。”佩夫兹纳说,在圣地亚哥期间,拉斐尔进行了一些最早的主要研究,以弄清楚人类基因组中的哪些变化会导致癌症。这不是一个容易回答的问题,但拉斐尔的数学背景使他非常适合取得进展。此后,他在Genome ResearchBioinformatics和其他期刊上发表了研究。从那时起,佩夫兹纳开玩笑说,他“开始喜欢雇用数学家”,把他们变成生物信息学家,并且“两年后把他们变成明星”。

他现在在做什么:拉斐尔于2006年接受了布朗大学计算机科学系的教职。他继续分析基因组序列,研究基因组在进化过程中如何变化。他最著名的工作大多是关于癌症遗传学的,但他也研究与进化相关的基因变化。例如,我们能否确定人类和黑猩猩何时何地分道扬镳?随着遗传学知识的增长,新的问题不断涌现。“当然,在我的职业生涯中,我毫不担心会缺乏有趣的问题,”拉斐尔说。

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