科学的発見のための基盤モデル：パラダイム強化からパラダイム転換へ

Foundation Models for Scientific Discovery: From Paradigm Enhancement to Paradigm Transition

October 17, 2025

著者: Fan Liu, Jindong Han, Tengfei Lyu, Weijia Zhang, Zhe-Rui Yang, Lu Dai, Cancheng Liu, Hao Liu

cs.AI

要旨

GPT-4やAlphaFoldなどの基盤モデル（Foundation Models, FMs）は、科学研究の風景を変革しつつある。仮説生成、実験設計、結果解釈といったタスクを加速するだけでなく、より根本的な問いを提起している：FMsは既存の科学的手法を単に強化しているのか、それとも科学の進め方を再定義しているのか？本論文では、FMsが新しい科学パラダイムへの移行を促進していると主張する。この進化を記述するために、3段階のフレームワークを導入する：(1) メタ科学的統合（Meta-Scientific Integration）—FMsが従来のパラダイム内でのワークフローを強化する段階、(2) 人間とAIのハイブリッド共創（Hybrid Human-AI Co-Creation）—FMsが問題設定、推論、発見において積極的な協力者となる段階、(3) 自律的科学発見（Autonomous Scientific Discovery）—FMsが人間の介入を最小限に抑えつつ、新たな科学的知識を生成する独立したエージェントとして機能する段階。この視点を通じて、既存の科学パラダイムにおけるFMsの現在の応用と新たな能力をレビューする。さらに、FMsを活用した科学発見におけるリスクと将来の方向性を特定する。本ポジションペーパーは、科学コミュニティがFMsの変革的役割を理解し、科学発見の未来について考察を深めることを目的としている。本プロジェクトはhttps://github.com/usail-hkust/Awesome-Foundation-Models-for-Scientific-Discoveryで公開されている。

English

Foundation models (FMs), such as GPT-4 and AlphaFold, are reshaping the landscape of scientific research. Beyond accelerating tasks such as hypothesis generation, experimental design, and result interpretation, they prompt a more fundamental question: Are FMs merely enhancing existing scientific methodologies, or are they redefining the way science is conducted? In this paper, we argue that FMs are catalyzing a transition toward a new scientific paradigm. We introduce a three-stage framework to describe this evolution: (1) Meta-Scientific Integration, where FMs enhance workflows within traditional paradigms; (2) Hybrid Human-AI Co-Creation, where FMs become active collaborators in problem formulation, reasoning, and discovery; and (3) Autonomous Scientific Discovery, where FMs operate as independent agents capable of generating new scientific knowledge with minimal human intervention. Through this lens, we review current applications and emerging capabilities of FMs across existing scientific paradigms. We further identify risks and future directions for FM-enabled scientific discovery. This position paper aims to support the scientific community in understanding the transformative role of FMs and to foster reflection on the future of scientific discovery. Our project is available at https://github.com/usail-hkust/Awesome-Foundation-Models-for-Scientific-Discovery.