Recently, deep learning approaches have been extensively studied for various problems in chemistry, such as property prediction, virtual screening, de novo molecule design, etc. Despite the impressive successes, separately designed networks for specific tasks are usually required for end-to-end training, so it is often difficult to acquire a unified principle to synergistically combine existing models and training datasets for novel tasks. To address this, here we present a novel multimodal chemical foundation model that can be used for various downstream tasks that require a simultaneous understanding of structure and property. Specifically, inspired by recent advances in pre-trained multi-modal foundation models such as Vision-Language Pretrained models (VLP), we proposed a novel structure-property multi-modal (SPMM) foundation model using the dual-stream transformer with X-shape attention, so that it can align the molecule structure and the chemical properties in a common embedding space. Thanks to the outstanding structure-property unimodal representation, experimental results confirm that SPMM can simultaneously perform molecule generation, property prediction, classification, reaction prediction, etc., which was previously not possible with a single architecture.

尽管人工智能（AI）在理解各个领域的分子方面取得了重大进展，但现有模型通常从单个分子模态中获得单个认知能力。由于分子知识的层次结构是深刻的，即使人类也从不同的方式中学习，包括直觉图和专业文本，以帮助他们的理解。受到这一点的启发，我们提出了一个分子多模式基础模型，该模型是从分子图及其语义相关的文本数据（从发表的科学引用索引论文中爬立）的。该AI模型代表了直接桥接分子图和自然语言的关键尝试。重要的是，通过捕获两种方式的特定和互补信息，我们提出的模型可以更好地掌握分子专业知识。实验结果表明，我们的模型不仅在诸如跨模式检索和分子标题之类的跨模式任务中表现出有希望的性能，而且还可以增强分子属性预测，并具有从自然语言描述中产生有意义的分子图的能力。我们认为，我们的模型将对跨生物学，化学，材料，环境和医学等学科的AI能力领域产生广泛的影响。

视觉预训练的最新进展表明，在不同的视觉任务中表现出惊人的表现，阐明了对人工智能研究中对视觉和文本概念的全面理解的长期问题。但是，在医学领域的视觉预训练的应用方面取得了有限数量和多样性阻碍了对联合视觉语言概念的成功学习。在这项研究中，我们介绍了Max-VL，这是一种针对医疗领域中有效视觉预训练的模型。我们在实验上证明，预先训练的MAX-VL模型在各种视觉任务中都优于当前最新视觉语言模型。我们还提出了用于诊断新出现疾病和人为错误检测的临床实用性，并显示了该模型在不同领域数据中的广泛适用性。

自我监督学习（SSL）是一种通过利用数据中固有的监督来学习数据表示的方法。这种学习方法是药物领域的焦点，由于耗时且昂贵的实验，缺乏带注释的数据。使用巨大未标记数据的SSL显示出在分子属性预测方面表现出色的性能，但存在一些问题。 （1）现有的SSL模型是大规模的；在计算资源不足的情况下实现SSL有限制。 （2）在大多数情况下，它们不利用3D结构信息进行分子表示学习。药物的活性与药物分子的结构密切相关。但是，大多数当前模型不使用3D信息或部分使用它。 （3）以前对分子进行对比学习的模型使用置换原子和键的增强。因此，具有不同特征的分子可以在相同的阳性样品中。我们提出了一个新颖的对比学习框架，用于分子属性预测的小规模3D图对比度学习（3DGCL），以解决上述问题。 3DGCL通过不改变药物语义的预训练过程来反映分子的结构来学习分子表示。仅使用1,128个样本用于预训练数据和100万个模型参数，我们在四个回归基准数据集中实现了最先进或可比性的性能。广泛的实验表明，基于化学知识的3D结构信息对于用于财产预测的分子表示学习至关重要。

We discover a robust self-supervised strategy tailored towards molecular representations for generative masked language models through a series of tailored, in-depth ablations. Using this pre-training strategy, we train BARTSmiles, a BART-like model with an order of magnitude more compute than previous self-supervised molecular representations. In-depth evaluations show that BARTSmiles consistently outperforms other self-supervised representations across classification, regression, and generation tasks setting a new state-of-the-art on 11 tasks. We then quantitatively show that when applied to the molecular domain, the BART objective learns representations that implicitly encode our downstream tasks of interest. For example, by selecting seven neurons from a frozen BARTSmiles, we can obtain a model having performance within two percentage points of the full fine-tuned model on task Clintox. Lastly, we show that standard attribution interpretability methods, when applied to BARTSmiles, highlight certain substructures that chemists use to explain specific properties of molecules. The code and the pretrained model are publicly available.

随着变压器的发展，近年来预先训练的模型已经以突破性的步伐发展。他们在自然语言处理（NLP）和计算机视觉（CV）中主导了主流技术。如何将预训练适应视觉和语言（V-L）学习和改善下游任务绩效成为多模式学习的重点。在本文中，我们回顾了视力语言预训练模型（VL-PTMS）的最新进展。作为核心内容，我们首先简要介绍了几种方法，将原始图像和文本编码为单模式嵌入在预训练之前。然后，我们在建模文本和图像表示之间的相互作用时深入研究VL-PTM的主流体系结构。我们进一步提出了广泛使用的预训练任务，然后我们介绍了一些常见的下游任务。我们终于结束了本文，并提出了一些有前途的研究方向。我们的调查旨在为研究人员提供合成和指向相关研究的指针。

分子性质预测在化学中至关重要，特别是对于药物发现应用。但是，可用的分子属性数据通常受到限制，鼓励信息从相关数据传输。转移学习对计算机视觉和自然语言处理信号等领域产生了巨大影响，以实现其在分子财产预测中的潜力。我们提出了使用反应数据进行分子表示学习的预训练程序，并将其用于预训练微笑变压器。我们对从物理化学，生物物理学和生理学中的分子的12个分子性质预测任务进行微调和评估预先训练的模型，并与非预先训练的基线模型相比，对12个任务中的5个任务显示出统计学上的显着积极作用。

Models based on machine learning can enable accurate and fast molecular property predictions, which is of interest in drug discovery and material design. Various supervised machine learning models have demonstrated promising performance, but the vast chemical space and the limited availability of property labels make supervised learning challenging. Recently, unsupervised transformer-based language models pretrained on a large unlabelled corpus have produced state-of-the-art results in many downstream natural language processing tasks. Inspired by this development, we present molecular embeddings obtained by training an efficient transformer encoder model, MoLFormer, which uses rotary positional embeddings. This model employs a linear attention mechanism, coupled with highly distributed training, on SMILES sequences of 1.1 billion unlabelled molecules from the PubChem and ZINC datasets. We show that the learned molecular representation outperforms existing baselines, including supervised and self-supervised graph neural networks and language models, on several downstream tasks from ten benchmark datasets. They perform competitively on two others. Further analyses, specifically through the lens of attention, demonstrate that MoLFormer trained on chemical SMILES indeed learns the spatial relationships between atoms within a molecule. These results provide encouraging evidence that large-scale molecular language models can capture sufficient chemical and structural information to predict various distinct molecular properties, including quantum-chemical properties.

大规模数据集上的视觉语言预训练（VLP）在各种下游任务上表现出了首要性能。对于VLP来说，完整且公平的基准（即包括大规模的预训练数据集和各种下游任务）是必不可少的。尽管有很多具有英语语料库的基准，但使用其他语言（例如中文）为VLP建立丰富的基准是一个关键问题。为此，我们为研究界建立了一个称为零的中国跨模式基准，以比较VLP模型。我们发布两个用于下游任务的预训练数据集和五个微调数据集。旁边，我们提出了一个新的预训练前训练框架，用于跨模式学习。具体而言，我们应用全局对比度预级分别学习图像和文本的各个表示。然后，我们通过图像文本交叉编码器和文本图像交叉编码器以细粒度的排名方式融合表示形式。为了进一步增强模型的能力，我们提出了一种由目标引导的蒸馏和特征引导的蒸馏组成的双向蒸馏策略。对于简洁起见，我们将型号r2d2命名。我们在四个公共跨模式数据集和拟议的五个下游数据集上实现最先进的性能。在Flickr30k-CN，可可-CN和Muge进行零射击任务时，与最平均召回的R2D2进行了2.5亿个数据集的R2D2，在2.5亿个数据集中进行了4.7％，5.4％和6.3％的均值改善，而与最新的召回相比艺术。数据集，模型和代码可在https://github.com/yuxie11/r2d2上找到

Models that accurately predict properties based on chemical structure are valuable tools in drug discovery. However, for many properties, public and private training sets are typically small, and it is difficult for the models to generalize well outside of the training data. Recently, large language models have addressed this problem by using self-supervised pretraining on large unlabeled datasets, followed by fine-tuning on smaller, labeled datasets. In this paper, we report MolE, a molecular foundation model that adapts the DeBERTa architecture to be used on molecular graphs together with a two-step pretraining strategy. The first step of pretraining is a self-supervised approach focused on learning chemical structures, and the second step is a massive multi-task approach to learn biological information. We show that fine-tuning pretrained MolE achieves state-of-the-art results on 9 of the 22 ADMET tasks included in the Therapeutic Data Commons.

Large-scale vision and language representation learning has shown promising improvements on various vision-language tasks. Most existing methods employ a transformer-based multimodal encoder to jointly model visual tokens (region-based image features) and word tokens. Because the visual tokens and word tokens are unaligned, it is challenging for the multimodal encoder to learn image-text interactions. In this paper, we introduce a contrastive loss to ALign the image and text representations BEfore Fusing (ALBEF) them through cross-modal attention, which enables more grounded vision and language representation learning. Unlike most existing methods, our method does not require bounding box annotations nor high-resolution images. To improve learning from noisy web data, we propose momentum distillation, a self-training method which learns from pseudo-targets produced by a momentum model. We provide a theoretical analysis of ALBEF from a mutual information maximization perspective, showing that different training tasks can be interpreted as different ways to generate views for an image-text pair. ALBEF achieves state-of-the-art performance on multiple downstream visionlanguage tasks. On image-text retrieval, ALBEF outperforms methods that are pre-trained on orders of magnitude larger datasets. On VQA and NLVR 2 , ALBEF achieves absolute improvements of 2.37% and 3.84% compared to the state-ofthe-art, while enjoying faster inference speed. Code and models are available at https://github.com/salesforce/ALBEF.

从纯图像和具有对比性损失的纯图像和文本预测的自我监督的视觉语言是有效的，但是由于双流式体系结构仅在全球层面上与图像和文本表示形式对齐，因此忽略了细粒度​​的对齐。早些时候，受监督的，非对比度的方法具有更细粒度的对齐方式，但需要致密的注释，这些注释不可伸缩。我们提出了一个单个流体系结构，该体系结构使用两个新颖的任务：对称交叉模式重建（XMM）和一个伪标记的关键字预测，将图像和语言对齐：全局，细粒度的补丁和概念/语义（PSL）。在XMM中，我们从一种模态掩盖了输入令牌，并使用跨模式信息重建掩盖的令牌，从而改善了两种模式之间的细粒度对齐。在PSL中，我们使用注意力在标题中选择关键字，使用动量编码器推荐标题中缺少但在图像中表示的其他重要关键字，然后训练视觉编码器以预测这些关键字的存在，并帮助它。学习对于将文本令牌接地到图像区域至关重要的语义概念。我们证明了对图像文本检索，接地，视觉问题的回答/推理的竞争性能和提高的数据效率，以针对对更多数据进行培训的较大模型和模型。 Zaidkhan.me/simla上可用的代码和型号。

随着图像文本对的大量数据以及视觉和语言（V＆L）任务的多样性，学者在该研究领域引入了大量的深度学习模型。此外，近年来，转移学习还显示出在计算机愿景中的巨大成功，例如图像分类，对象检测等以及在自然语言处理中以进行问答，机器翻译等的自然语言处理。继承转移学习的精神， V＆L的研究工作已经在大规模数据集上设计了多种预训练技术，以增强下游任务的性能。本文的目的是提供当代V＆L预审前模型的全面修订。特别是，我们对预处理的方法进行了分类和描述，以及最先进的视觉和语言预训练模型的摘要。此外，还提供了培训数据集和下游任务的列表，以进一步提高V＆L预处理的观点。最后，我们决定采取进一步的一步，讨论众多未来研究的方向。

Although substantial efforts have been made using graph neural networks (GNNs) for AI-driven drug discovery (AIDD), effective molecular representation learning remains an open challenge, especially in the case of insufficient labeled molecules. Recent studies suggest that big GNN models pre-trained by self-supervised learning on unlabeled datasets enable better transfer performance in downstream molecular property prediction tasks. However, they often require large-scale datasets and considerable computational resources, which is time-consuming, computationally expensive, and environmentally unfriendly. To alleviate these limitations, we propose a novel pre-training model for molecular representation learning, Bi-branch Masked Graph Transformer Autoencoder (BatmanNet). BatmanNet features two tailored and complementary graph autoencoders to reconstruct the missing nodes and edges from a masked molecular graph. To our surprise, BatmanNet discovered that the highly masked proportion (60%) of the atoms and bonds achieved the best performance. We further propose an asymmetric graph-based encoder-decoder architecture for either nodes and edges, where a transformer-based encoder only takes the visible subset of nodes or edges, and a lightweight decoder reconstructs the original molecule from the latent representation and mask tokens. With this simple yet effective asymmetrical design, our BatmanNet can learn efficiently even from a much smaller-scale unlabeled molecular dataset to capture the underlying structural and semantic information, overcoming a major limitation of current deep neural networks for molecular representation learning. For instance, using only 250K unlabelled molecules as pre-training data, our BatmanNet with 2.575M parameters achieves a 0.5% improvement on the average AUC compared with the current state-of-the-art method with 100M parameters pre-trained on 11M molecules.

最先进的愿景和愿景和语言模型依靠大规模的Visio-linguisting预借鉴，以获得各种下游任务的良好性能。通常，这种模型通常是跨模态（对比）或多模态（具有早期融合）但不是两者;它们通常只针对特定的方式或任务。有希望的方向将是使用单一整体普遍模型，作为“基础”，目标是一次性的所有方式 - 真正的视觉和语言基础模型应该擅长视力任务，语言任务和交叉和多数模态视觉和语言任务。我们将Flava介绍在这样的模型中，并在跨越这些目标模式的广泛的35个任务上展示令人印象深刻的性能。

There is increasing adoption of artificial intelligence in drug discovery. However, existing works use machine learning to mainly utilize the chemical structures of molecules yet ignore the vast textual knowledge available in chemistry. Incorporating textual knowledge enables us to realize new drug design objectives, adapt to text-based instructions, and predict complex biological activities. We present a multi-modal molecule structure-text model, MoleculeSTM, by jointly learning molecule's chemical structures and textual descriptions via a contrastive learning strategy. To train MoleculeSTM, we construct the largest multi-modal dataset to date, namely PubChemSTM, with over 280K chemical structure-text pairs. To demonstrate the effectiveness and utility of MoleculeSTM, we design two challenging zero-shot tasks based on text instructions, including structure-text retrieval and molecule editing. MoleculeSTM possesses two main properties: open vocabulary and compositionality via natural language. In experiments, MoleculeSTM obtains the state-of-the-art generalization ability to novel biochemical concepts across various benchmarks.

当前现有的视觉和语言预训练（VLP）方法的大多数主要集中在如何提取和调整视觉和文本功能上。与主流VLP方法相反，我们强调指出，在训练预训练期间的两个常规应用步骤对预训练模型的性能至关重要：图像介绍（ITM）的内部硬性负面采样（ITM）并分配大型掩盖掩盖语言建模（MLM）的概率。在经验显示上述两个步骤的意外有效性之后，我们系统地设计了砂粒vlp，该砂粒可适应小型批次，以更有效地为ITM挖掘硬性阴性样品，同时维持预训练的计算成本。我们的方法由三个组成部分组成：1）分组的迷你批次采样（砂砾）策略，该策略在迷你批次中收集了类似的示例，2）ITC一致性损失以提高采矿能力，3）MLM的扩大掩蔽概率。因此，我们显示了我们的砂粒vlp在各种下游任务上实现了新的最新性能，计算成本要少得多。此外，我们证明了我们的模型基本上与以前的最先进的ALBEF相提并论，只有三分之一的训练时代在相同的培训数据上。代码可在https://github.com/jaeseokbyun/grit-vlp上找到。

药物目标亲和力（DTA）预测是药物发现和药物研究的重要任务。 DTA的准确预测可以极大地受益于新药的设计。随着湿实验的昂贵且耗时，DTA预测的监督数据非常有限。这严重阻碍了基于深度学习的方法的应用，这些方法需要大量的监督数据。为了应对这一挑战并提高DTA预测准确性，我们在这项工作中提出了一个具有几种简单但有效的策略的框架：（1）多任务培训策略，该策略将DTA预测和蒙版语言建模（MLM）任务采用配对的药品目标数据集； （2）一种半监督的训练方法，通过利用大规模的未配对分子和蛋白质来赋予药物和靶向代表性学习，这与以前仅利用仅利用预训练的预训练和微调方法，这些方法仅利用前培训和微调方法训练; （3）一个交叉意见模块，以增强药物和靶代表性之间的相互作用。在三个现实世界基准数据集上进行了广泛的实验：BindingDB，Davis和Kiba。结果表明，我们的框架大大优于现有方法，并实现最先进的性能，例如，$ 0.712 $ rmse在bindingdb ic $ _ {50} $测量上，比以前的最佳工作要改善了$ 5 \％。此外，关于特定药物目标结合活动，药物特征可视化和现实世界应用的案例研究证明了我们工作的巨大潜力。代码和数据在https://github.com/qizhipei/smt-dta上发布

深度生成模型吸引了具有所需特性的分子设计的极大关注。大多数现有模型通过顺序添加原子来产生分子。这通常会使产生的分子与目标性能和低合成可接近性较少。诸如官能团的分子片段与分子性质和合成可接近的比原子更密切相关。在此，我们提出了一种基于片段的分子发生模型，其通过顺序向任何给定的起始分子依次向任何给定的起始分子添加分子片段来设计具有靶性质的新分子。我们模型的一个关键特征是属性控制和片段类型方面的高概括能力。通过以自动回归方式学习各个片段对目标属性的贡献来实现前者。对于后者，我们使用深神经网络，其从两个分子的嵌入载体中预测两个分子的键合概率作为输入。在用金砖石分解方法制备片段文库的同时隐式考虑所生成的分子的高合成可用性。我们表明该模型可以以高成功率同时控制多个目标性质的分子。即使在培训数据很少的财产范围内，它也与看不见的片段同样很好地工作，验证高概括能力。作为一种实际应用，我们证明，在对接得分方面，该模型可以产生具有高结合亲和力的潜在抑制剂，其抗对接得分的3CL-COV-2。

在药物发现中，具有所需生物活性的新分子的合理设计是一项至关重要但具有挑战性的任务，尤其是在治疗新的靶家庭或研究靶标时。在这里，我们提出了PGMG，这是一种用于生物活化分子产生的药效团的深度学习方法。PGMG通过药理的指导提供了一种灵活的策略，以使用训练有素的变异自动编码器在各种情况下生成具有结构多样性的生物活性分子。我们表明，PGMG可以在给定药效团模型的情况下生成匹配的分子，同时保持高度的有效性，独特性和新颖性。在案例研究中，我们证明了PGMG在基于配体和基于结构的药物从头设计以及铅优化方案中生成生物活性分子的应用。总体而言，PGMG的灵活性和有效性使其成为加速药物发现过程的有用工具。