Towards an AI biomedical scientist: Accelerating discoveries in neurodegenerative disease - 01/12/25

Doi : 10.1016/j.tjpad.2025.100398 
Kaleigh F. Roberts a, aa, 1, Eric C. Landsness b, aa, 1, Justin Reese c, aa, Donald Elbert d, aa, Gabrielle Strobel e, aa, Elizabeth Wu e, aa, Yixin Chen f, aa, Albert Lai f, g, Zachary B. Abrams g, aa, Mingfang Zhu f, Justin Melendez b, z, aa, Srinivas Koutarapu b, aa, Sihui Song b, aa, Yun Chen b, aa, Robert Lazar h, Payam Barnaghi i, John F. Crary j, Sergio Pablo Sardi k, aa, Marc D. Voss k, Rajaraman Krishnan k, Joel W. Schwartz l, Ron Mallon m, aa, Gustavo A. Jimenez-Maggiora n, aa, Chenguang Wang o, aa, Thomas Sandmann p, aa, Niranjan Bose q, x, Mukta Phatak r, aa, Gayle Wittenberg s, Yannis G. Kevrekidis t, aa, Cassie S. Mitchell u, Ludovico Mitchener v, Towfique Raj w, Luca Foschini x, aa, Gregory J. Moore y, aa, Randall J. Bateman b, z, aa,
a Department of Pathology & Immunology, Washington University, St. Louis, MO, USA 
b Department of Neurology, Washington University, St. Louis, MO, USA 
c Environmental Genomics and Systems Biology Division, Lawrence Berkeley National Laboratory, Berkeley, CA, USA 
d Department of Neurology, University of Washington, Seattle, WA, USA 
e Alzforum Foundation Inc., MA, USA 
f Department of Computer Science & Engineering, Washington University, St. Louis, MO, USA 
g Institute for Informatics, Data Science and Biostatistics (I2DB), Washington University, St. Louis, MO, USA 
h Booz Allen Hamilton 
i Department of Brain Sciences, Imperial College London, London, England United Kingdom 
j Department of Pathology, Nash Family Department of Neuroscience, Department of Artificial Intelligence & Human Health, Neuropathology Brain Bank & Research CoRE, Ronald M. Loeb Center for Alzheimer's Disease, Friedman Brain Institute, Icahn School of Medicine at Mount Sinai, NY, NY, USA 
k Sanofi, Cambridge, MA, USA 
l Bristol Myers Squibb, Cambridge, MA, USA 
m Department of Philosophy, Washington University, St. Louis, MO, USA 
n Alzheimer’s Therapeutic Research Institute, Keck School of Medicine of University of Southern California, San Diego, CA, USA 
o Department of Computer Science and Engineering, University of California Santa Cruz, CA, USA 
p Denali Therapeutics Inc., South San Francisco, CA, USA 
q Alzheimer’s Disease Data Initiative, USA 
r The 10,000 Brains Project, USA 
s Johnson & Johnson, USA 
t Department of Chemical and Biomolecular Engineering, Johns Hopkins University, Baltimore, MD, USA 
u Department of Biomedical Engineering, Georgia Institute of Technology, Atlanta, GA, USA 
v FutureHouse, USA 
w Department of Neuroscience, Icahn School of Medicine at Mount Sinai, NY, NY, USA 
x Sage Bionetworks, USA 
y Gates Ventures, USA 
z Tracy Family SILQ Center, Washington University, St. Louis, MO, USA 
aa Consortium for Biomedical Research and Artificial Intelligence in Neurodegeneration (C-brAIn) 

Corresponding author.

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Abstract

Despite major advances in Alzheimer’s disease and related diseases (ADRD) research, the translation of discoveries into impactful clinical interventions remains slow. Overwhelming data complexity, fragmented knowledge, and prolonged research cycles hinder progress in understanding and treating neurodegenerative diseases. Artificial intelligence (AI) offers a promising path forward, particularly when developed as a scientist-in-the-loop system that collaborates with researchers throughout the scientific discovery process. This paper introduces the concept of an AI Biomedical Scientist, an intelligent platform designed to support literature synthesis, hypothesis generation, experimental design, and data interpretation. This platform aims to function as a holistic scientific partner, integrating diverse biomedical data and expert reasoning to accelerate discovery. We review commercial and academic efforts and introduce targeted Minimum Viable Products (MVPs) needed for general biomedical research lab utilization of AI, such as robust and accurate tools for literature and data analysis, negative data models, and virtual peer review, with a longer-term vision of foundation models trained directly on biomedical datasets. In AD and neurodegeneration research, such tools are anticipated to deliver efficiency gains ranging from modest improvements in specific research tasks to potential multi-fold accelerations in discovery workflows as systems mature and scale. This review examines the technical foundations, challenges, and anticipated impacts of AI and aims to inform and engage researchers in utilizing these systems to transform biomedical discovery, starting with AD and extending to other complex conditions.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : Artificial intelligence, Alzheimer's disease, Large language model, Biomedical AI, Multimodal datasets


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  • A benchmark of text embedding models for semantic harmonization of Alzheimer's disease cohorts
  • Tim Adams, Yasamin Salimi, Mehmet Can Ay, Diego Valderrama, Marc Jacobs, Holger Fröhlich
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  • AI models, bias and data sharing efforts to tackle Alzheimer's disease and related dementias
  • Vijaya B. Kolachalama, Vijay Sureshkumar, Rhoda Au

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