人工智能+虚拟细胞的构建
VIRTUAL CELL CONSTRUCTION · AI + VIRTUAL SIMULATION
进入"数据—表征—预测"主线实验前，学生先在本模块建立对动物细胞结构的直观认知：拖动旋转、滚轮缩放，单击任意细胞器查看其尺寸、分布与功能说明，亦可开启"分离视图"观察各结构的空间关系。本模块对应实验原理中的"结构要素"，为后续把细胞状态抽象为可计算表征提供结构基础。
实验按“数据—表征—预测”三阶段组织：学生从质控与注释起步，经表征学习和状态分析，完成扰动预测与评测。模型引入基因调控先验，评测设置未扰动对照与按扰动基因留一的零样本测试；课后要求各组自主提出可检验问题，设计含对照和简单基线的补充实验，并完成至少一次方案迭代，实现由流程操作向综合设计与研究探索转变。
| 实验名称 | 人工智能+虚拟细胞的构建 |
|---|---|
| 申报方向 | 未来健康 |
| 实验负责人 | 许乐乐（岭南师范学院生命科学与技术学院） |
| 实验所属课程 | 细胞生物学、分子生物学 |
| 实验对应专业 | 生物科学（师范）；生物技术 |
| 专业类代码 | 0710 |
| 实验性质 | 独立实验课 |
| 实验类型 | 研究探索型 |
| 虚拟仿真必要性 | 高成本、高消耗；不可逆操作 |
| 实验语言 / 学时 | 中文 / 8 学时 |
| 本校上线时间 | 2025 年 4 月 10 日 |
| 已开设期次 | 2025-04（100 人）、2025-11（96 人）、2026-04（98 人） |
| 面向社会开放 | 是（2026 年 8 月 1 日起） |
基因表达谱经模型编码为细胞状态向量，细胞按类型或状态在表征空间中分布；该结构是数据分析表征，不等同于真实细胞的物理结构。
平台设数据质控、细胞类型注释、模型微调、轨迹推断与扰动预测五个模块，分别对应样本质量检查、表型鉴定、状态建模、状态变化分析与干预实验环节。
相似细胞通常在表征空间中相近；仅对具有连续状态变化依据的数据开展伪时间轨迹分析。扰动预测是基于训练数据和调控先验得到的统计推断，须受模型适用范围约束，不宣称其必然符合未知生物学规律。
设未扰动细胞对照与按扰动基因留一并冻结的零样本测试集，评测数据取自真实扰动实验，在既定数据与指标下评价预测表现，并与未扰动恒等预测、训练均值预测两个简单基线对照。
| 序号 | 姓名 | 单位 | 职称 / 职务 | 承担任务 |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 许乐乐 | 岭南师范学院 | 讲师 | 主持“数据—表征—预测”三阶段实验教学体系设计与虚拟仿真实验教学全流程建设 |
| 2 | 李永芹 | 岭南师范学院 | 讲师 | 负责实验教学资源建设，承担教学指导书、课件、习题库与知识库文献导读等资源的编写优化 |
| 3 | 杨长庚 | 岭南师范学院 | 副研究员 / 系主任 | 承担单细胞数据分析、细胞基础模型微调与扰动预测算法的科学性审核与指导 |
| 4 | 庄仔聪 | 岭南师范学院 | 技术人员 | 负责虚拟细胞仿真平台的技术开发、部署运维与在线技术支持 |
| 5 | 王锂韫 | 岭南师范学院 | 教授 / 二级学院院长 | 负责项目统筹协调与质量把关，推动实验成果在校内外的推广应用 |
| 年度 | 建设内容 | 推广高校数（累计） | 当年应用人数 |
|---|---|---|---|
| 第一年 | 优化实验核心功能，更新习题库、知识点卡片与操作引导视频，完成本校 3 个班级的常态化教学应用 | 3 | 300 |
| 第二年 | 新增 2 种肿瘤细胞系与 3 类常用药物扰动模型，上线教师自定义实验参数功能 | 10 | 1200 |
| 第三年 | 对接 5—8 所高校开展联合教学，形成标准化教学实施方案 | 25 | 3000 |
| 第四年 | 引入企业真实研发案例，新增产业需求导向拓展模块，面向企业新员工开放培训 | 50 | 6000 |
| 第五年 | 形成可复制的“人工智能+虚拟仿真”实验教学模式，完成教学成果总结与报奖 | 80 | 10000 |