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新規分子設計に挑む深層強化学習

(Deep Reinforcement Learning for de-novo Drug Design)

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田中専務

拓海さん、最近部下から「AIで新薬候補を自動で作れる」と聞いて驚いたのですが、正直イメージが湧きません。要するにどんな技術で何ができるようになるのですか。

AIメンター拓海

素晴らしい着眼点ですね!大丈夫、一緒に整理していけば必ず分かりますよ。端的に言うと、この論文は「何もないところから望む性質を持つ分子を自動で設計する」ために、生成モデルと予測モデルを強化学習で結びつけた手法を示しています。

田中専務

「生成モデル」と「予測モデル」、経営の世界で言うと企画と査定をAIの中で両方動かすようなものですか。で、それをどうやって“学習”させるのですか。

AIメンター拓海

素晴らしい視点ですね!やり方は二段階です。まずは生成モデルと予測モデルをそれぞれ教師あり学習で基礎訓練し、その後に強化学習(Reinforcement Learning、RL)で生成器を“望む性質を出すように”さらに調整します。例えると、商品企画(生成)が検査部(予測)に褒められるように繰り返し訓練するイメージですよ。

田中専務

なるほど。ただ現場が一番気にするのはコスト対効果です。これって要するに、膨大な既存候補から選ぶのではなく、新しい分子を作れるということですか?それならライバル企業との差別化にもつながると思うのですが。

AIメンター拓海

素晴らしい洞察ですね!その通りです。要点を3つでまとめます。1) この手法は既存ライブラリを単に絞るのではなくゼロから分子を生み出せる、2) 分子は文字列(SMILES)で表現して学習するため準備がシンプル、3) 生成器は評価器の報酬を受けて目的に沿った分子を生み出すよう最適化される、ということです。

田中専務

SMILESって聞き慣れませんが、何ですか。あと現場データが少ない場合でも本当に効くのですか。

AIメンター拓海

素晴らしい着眼点ですね!SMILESは“Simplified Molecular Input Line Entry System(SMILES)”で、日本語では分子の構造を一列の文字列で表すルールです。名簿のように分子を文字列で表現するので、画像や複雑な指標を作らなくてもモデルが扱えます。データ量が限られる場合は、事前に大きな化合物データで生成器を学習させた上で目的特化の微調整を行う戦略が一般的です。

田中専務

実運用に移すときのリスクや現場導入の障壁は何でしょうか。規制対応や実験検証のフェーズが別に必要だと思うのですが。

AIメンター拓海

素晴らしい疑問ですね!実務面では三つの課題があります。第一に生成された分子の合成可能性や毒性評価は別途実験が必要であること、第二にモデル評価指標と現場で価値ある指標の整合を取る必要があること、第三に社内での運用体制とデータ管理を整える必要があることです。ただし、初期段階でAIを使えば候補数を大幅に減らせるため、実験コストの総額は下げられる可能性がありますよ。

田中専務

ありがとうございます。これって要するに、まずは小さなPoCを回してAIで候補を絞り、その後に実験で確かめるフローを社内に作るのが現実的だということですね。

AIメンター拓海

素晴らしいまとめですね!その通りです。まずは小さく始めて導入効果を定量化し、成功したら段階的に投資を拡大する。私たちも投資対効果(Return on Investment、ROI)の視点を常に重視して支援できます。一緒にロードマップを作りましょう。

田中専務

分かりました。では私の言葉で確認します。要するに「SMILESという文字列を使ってAIに分子を作らせ、評価器の報酬で望む性質を持つ分子を増やす。まずはPoCで効果を測ってから拡大する」ということですね。これで社内で話ができそうです。

監修者

阪上雅昭(SAKAGAMI Masa-aki)
京都大学 人間・環境学研究科 名誉教授

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