七月初,几家科技媒体几乎同时推了同一条消息:一家公司发布了"全球最大的单细胞基础模型",120 亿参数,训练用了 3.9 亿个人类细胞,扰动响应预测"与主流模型拉开倍数差距",将为药物研发和细胞治疗提供"可靠的预测底座"。
预印本 6 月 23 日就挂在 bioRxiv 上了。我们把正文和补充材料从头读了一遍。
第一件意外的事是:这个模型并不预测扰动。
它是一个描述细胞的编码器,负责把一个细胞翻译成一串数字。真正回答"敲掉这个基因之后细胞会怎么变"的,是 Arc Institute 的 STATE 预测器。
论文的做法,是把七个模型各自的"翻译结果"分别接到同一个 STATE 预测器上,看谁接上去之后预测更准。方法部分写得清清楚楚:下游的预测模型、训练流程、评测协议对所有方法完全一致,变的只有前面那一截。
打个比方:所有选手用的是同一台相机机身,比的只是镜头。这个设计本身没有问题——要衡量编码质量,固定下游、只换前端恰恰是正确做法。问题出在翻译上:论文表格的标题是"跨基础模型表征的扰动响应预测",限定语在;通稿把限定语丢了,于是变成了"扰动预测断崖式领先"。
把这张表整个看完,还有两件事值得说。
第一,通稿只报了前两列。最右边那列 Pearson∆ 衡量的是对扰动"增量"的预测——加了干预之后,细胞相对原状态究竟变了多少。这一列最贴近药物研发真正要回答的问题。七个模型全挤在 0.040 到 0.087 之间贴地爬,这个模型是 0.078,输给 UCE 的 0.087。论文如实报了并说明自己排第二,通稿里这一列整个消失了。
第二,UCE 和 State 在前两列上跑出了负值(−0.023/−0.113 和 −0.071/−0.108)。但同一行里,UCE 的 Pearson∆ 是全场最高、DE direction match 与这个模型并列第一。同一个表征,在一列上排第一,在另一列上比随机还差——这种内部矛盾未必说明评测出了错,但它至少需要一个解释,而"倍数差距"的分母就在这张表上。
这不是论文的问题。论文的局限性章节主动写了这一点,这句话在通稿里消失了。
它想解决的是个真问题
一个细胞测出来是几万个基因各自的表达量。有人想了个办法:把这些基因按表达量从高到低排队,排出来的这串基因名当成一个"句子",套用做大语言模型那套技术去学。
这篇论文说这有个毛病——排队只看表达量高低,可表达量高不等于有用。
打个比方:一个班的成绩单,语文考 90 看着很高,但如果全班都考 90,这分数说明不了任何事;数学考 70 不算高,可全班平均才 40,那这 70 分就很有信息量。细胞也一样。管家基因永远排在最前面,但对判断这是什么细胞几乎没用;一个中等表达的调控基因,如果这个数值在整个细胞群体里属于反常的偏高,反而极有价值。
所以这个模型给每个细胞多排了一次队——第二次不按表达量,按"这个数值相对它自己的平常水平有多反常",再逼模型把两次排队的结果在隐空间里对齐。想法说得通。
问题出在参赛名单上
论文比了六个对手:UCE、State、scGPT、TranscriptFormer、STACK、C2S。六个全是同一类的 AI 大模型。没有一条用传统统计方法做的基线。连 scVI 都没有——而这篇论文自己的文献综述里,把 scVI 称作"仍然是降噪、批次校正和表征学习的标准基线"。它出现在综述里,没出现在对比表里。
为什么要紧?因为去年《Nature Methods》上有篇论文,标题直白到不用解释:
这篇预印本引用了它,还在正文里称之为"一个重要的经验警告"。然后没有跑线性基线。
今年 2 月,波士顿大学物理系的两位研究者挂出一篇更彻底的。
他们的方法:把每个细胞的基因表达在细胞内部做标准化,给每种已知细胞类型算一个平均模板,再看待测细胞在哪个模板方向上投影最大。没有神经网络,没有需要训练的参数,一台笔记本就能跑完。
跨物种识别细胞类型的任务上,论文报告 8 种哺乳动物全部超过大模型——包括鸭嘴兽这种与人类分化了约 1.66 亿年的物种。
识别新冠感染细胞,简单方法的平均 macro F1 是 0.861,最好的大模型是 0.859。
这个"领先"只有 0.002,而且四个 donor 里输了一个。真正值得看的不是谁赢,而是一个零参数、跑在 CPU 上的方法,和一个用 1000 张 H100 训出来的模型打平了。人类细胞类型分类上,简单方法还略输一点点——0.899 对 0.910/0.907,作者如实报了。
一个绕不过去的问题
这篇论文最核心的创新,本质是一个归一化直觉的升级版。所谓"第二次排队",是给每个基因算"当前数值在全语料分布里有多靠右尾"——这个直觉和数据预处理里常见的 per-gene 标准化、Geneformer 的 rank-value encoding 同源,不是首创的视角。新的地方在于:把它做成了一个独立的训练信号,让 120 亿参数的模型去预测这个视角的隐空间表征。
而波士顿大学那篇的核心论点恰好是:这类大模型的性能主要来自恰当的归一化和降噪,而不是来自模型有多复杂。他们还给了个解释:
他们用 Isomap 算测地距离,跟基因空间里的欧氏距离比。至少在他们分析的数据集上(证据最强的是一个高质量、低噪声的精子发生数据集),这个相关性超过 0.9——细胞在基因表达空间里分布得相当"平"。如果这个判断成立,那么数据本身没有那么深的结构,模型表达力再涨,也没有更多东西可学。
于是留下一个很尖锐的空白:没有人试过把那个"反常程度"的归一化分数直接拿来做个最简单的分类器,看看能追平多少。这个实验大概是一台笔记本一下午。它回答的问题是:那 120 亿参数和 3.9 亿细胞,究竟学到了这个统计量之外的东西,还是主要在把它重新表达一遍。
该说的公道话
这篇论文发了预印本。这在国内 AI 制药圈不是理所当然的——有的公司只发通稿,模型细节一个字不给。他们把方法、公式、评测协议、补充材料全放了出来,我们才做得了上面这些核对。能被批评本身是个门槛。
上面几条批评,有相当一部分其实是论文自己说过的,只是在传播链条里被磨掉了。这也不只是这一篇的问题:缺无参基线、把编码模型说成预测模型、通稿挑指标,在整个单细胞基础模型领域都是普遍现象。
我们想看到的下一版很具体:把传统统计方法的基线放进对比表,哪怕输了,读者也需要知道差多少;给一条数据规模曲线,说明 3.9 亿细胞比 3900 万细胞强在哪——这是做到 120 亿参数的全部理由。
如果补齐这些之后仍然领先,那才是这个领域这两年最值得写的一条新闻。在那之前,对所有"断崖式领先"保持一点耐心。