Giovanni Idili de creierele OpenWorm, viermii și inteligența artificială

Imaginați-vă că sunteți o fantezie a imaginației calculatorului dumneavoastră. Creierul tău este o simulare pe calculator detaliată - o inteligență artificială 7 site-uri uimitoare pentru a vedea cele mai recente în programarea inteligenței artificiale 7 site-uri uimitoare pentru a vedea cele mai recente în programarea inteligibilă artificială Inteligența artificială nu este încă HAL din 2001: Odiseea spațială apropiindu-se foarte aproape. Destul de sigur, într-o zi ar putea fi la fel de asemănătoare cu scibo-urile care au fost aruncate de Hollywood ... Citește mai mult care se leagă de ochii simulari și de mușchii simulari și de terminalele nervoase simulate, care interacționează cu o lume simulată. Te gândești și simți exact cum faci acum, dar în loc să fii implementat în carne cenușie, mintea ta rulează pe siliciu.

Simularea unui întreg creier uman ca aceasta este o cale de oprire, dar un proiect cu sursă deschisă este pe punctul de a lua un prim pas vital, simulând neurologia și fiziologia unuia dintre cele mai simple animale cunoscute științei. Echipa OpenWorm, care tocmai a terminat un Kickstarter de succes, este la câteva luni distanță de a construi o simulare completă a C. elegans, un vierme nematod simplu cu 302 de neuroni. Viermele simulat va înota în apă simulată, va reacționa la stimuli simulari și (în măsura în care un astfel de organism simplu o poate), gândiți.

În acest interviu, vom vorbi cu Giovanni Idili, co-fondator al proiectului OpenWorm despre munca lor în domeniul inteligenței artificiale. Echipa OpenWorm este o echipă multinatională de ingineri, care de mai mulți ani lucrează la simularea viermelui. Ei folosesc instrumente de partajare a fișierelor, cum ar fi Google Drive și Dropbox, pentru a colabora, iar întâlnirile lor sunt difuzate în mod public ca un Hangout Google+.

Viitorul inteligenței artificiale

Muo: Bună Giovanni! Acesta este, evident, un proiect foarte complex și provocator - ați putea descrie progresul pe care l-ați realizat cu privire la simulare până acum și ce a mai rămas să faceți? Ce credeți că vor fi cele mai importante provocări înainte?

Giovanni: Am făcut multe progrese pe corpul viermelui și în mediul înconjurător care va reprezenta vasul virtual Petri. Noi credem în întrupare, ceea ce înseamnă că un creier într-un vid ar fi mai puțin interesant fără un mediu simulat - “vierme matrice” dacă vrei - că creierul poate experimenta prin intermediul neuronilor senzoriali.

Acesta este motivul pentru care am început să punem mai mult efort în corpul viermelui. Ceea ce avem pana acum este o cuticula sub presiune anatomica, care contine celule musculare contractibile, si este umpluta cu fluid ca gelatina pentru a pastra totul in loc. În paralel, am lucrat la obținerea funcționării creierului și în prezent desfășurăm primele teste ale întregii rețele neuronale C. elegans (faimoasele 302 de neuroni).

Acum ne apropiem de punctul în care putem începe să conectăm creierul în corp și să vedem ce se întâmplă. Asta nu înseamnă că viermele este “în viaţă”, deoarece nu are organe și multe detalii biologice încă lipsesc, dar ne va permite să închidem bucla sistemului motor, astfel încât să putem începe să experimentăm și să tweak creierul și mușchii pentru a genera diferite tipuri de locomoție vierme . Numai asta ne va ocupa pentru o vreme.

Există două tipuri diferite de provocări - provocări de cercetare și probleme tehnice. Cercetările provocatoare sunt cele tipice oricărei activități științifice. Nu știți când veți rămâne blocați sau pe ce, dar o provocare evidentă aici este că, deși creierul este cartografiat și legăturile dintre neuroni sunt cunoscute, încă nu știm prea multe despre neuronii individuali și caracteristicile acestora, ceea ce ne lasă mult de lucru pentru a le regla - este posibil, dar este greu și consumă mult timp.

Acest lucru este dificil, deoarece animalul este foarte mic și până acum nu a fost posibil să se facă imagistica in vivo a creierului de ardere. Din fericire, și aceasta este o știre foarte recentă, apar noi tehnici care ne pot ajuta să umplem unele dintre lacune.

În ceea ce privește ingineria, există multe provocări tehnice, dar aș spune că principalul ar fi performanța simulării. Desfășuram simularea pe GPU-uri și clustere, dar totuși durează mult timp pentru a simula; există multe lucruri de făcut acolo.

Browser Worm Simulation

Muo: Una dintre recompensele pe care le-ați pus la dispoziția susținătorilor dvs. a fost accesul la o simulare parțială a viermei în browser-ul dvs., inclusiv a musculaturii. Pe măsură ce efectuați mai multe simulări (cum ar fi creierul), intenționați să faceți aceste elemente disponibile și în browser? Cât de intensă va fi simularea completă pentru a rula?

Giovanni: Da - aceasta este exact ideea. WormSim va fi o fereastră în cea mai recentă simulare disponibilă. Odată ce facem progrese semnificative, cum ar fi conectarea unui creier la simulare Geeks Weigh In: Un om gandeste mai repede decat un computer? Geeks cântăresc în: Un om gandeste mai repede decat un calculator? Citiți mai multe, aceasta va fi lansată la WormSim. Simularea va fi destul de intensă, însă arhitectura WormSim este decuplată în prezent, în sensul că vom rula simularea pe infrastructura necesară (grupuri GPU etc.) și apoi vom stoca rezultatele. Aceste rezultate vor fi redirecționate către WormSim, astfel încât utilizatorii vor putea să scaneze înainte și înapoi în simulare, să utilizeze comenzile camerei 3D și să facă clic pe lucruri și să acceseze metadatele de simulare.

Pasii urmatori

Muo: Deoarece C. elegans este doar începutul, după nematode, care este următorul pas? Ce provocări apar între nematod și un organism mai complex?

Giovanni: Corect. Încercăm să ne construim planificarea tehnologică pentru viitor și vrem ca motorul nostru să fie un pic asemănător cu LEGOS pentru biologie computațională, în mod ideal, astfel încât după C. elegans nu trebuie să începem de la zero, dar putem asambla mai mult organismul complex care exploatează ceea ce am construit deja.

Candidații sunt leech (neuronii 10k) și zbura de fructe sau larva zebrafish (ambele în jurul valorii de 100k neuroni). Nu este vorba doar de numărul de neuroni, ci și de cât de bine este studiat un organism. Cu siguranță vor fi cu câțiva ani înainte să ne gândim chiar să abordăm alte organisme, dar dacă un alt grup dorea să înceapă pe oricare dintre aceste organisme, am fi fericiți să mergem dincolo și mai departe pentru a ne ajuta în vreun fel - toate instrumentele noastre sunt deschise.

Principala provocare este ca, pe masura ce creierul unui organism devine tot mai mare si mai mare, ca un mouse cu 75 de milioane de neuroni, esti cam fortat sa lucrezi cu populatii mai degraba decat cu circuite neuronale bine definite, alcatuite dintr-o cantitate rezonabila de neuroni. “Închiderea bucla” devine un pic mai complicat. De asemenea, aveți nevoie de mai multă putere computațională 10 moduri de a vă aloca timpul CPU-ului la știință 10 moduri de a vă aloca timpul CPU-ului la știință Citește mai mult și de a face ceva asemănător cu ceea ce încercăm cu C. elegans, simularea celulă-cu-celulă nu se limitează la neuroni , este absolut de neconceput. Odată ce ajungi la acest nivel macro, ești obligat să lucrezi cu ceva mai grosier. Dar se va întâmpla fără îndoială!

Validarea și testarea

Muo: Având în vedere că software-ul pe care îl dezvoltați este foarte complex și implică simularea la mai multe niveluri, cum validați modelele dvs. pentru a determina succesul? Există teste pe care doriți să le efectuați, dar încă nu ați reușit?

Giovanni: La fiecare nivel de granularitate noi “Unitate-test” componentele noastre software împotriva rezultatelor experimentale. Datele experimentale sunt fie disponibile deja în aer liber, fie provin din laboratoare care decid să ne doteze. Simulările neuronale trebuie să corespundă măsurătorilor experimentale pe activitatea neuronală. Simulările mecanice pentru corpul viermelui și mediul său trebuie să respecte legile fizicii.

În mod similar, comportamentele macro ale viermelui simulat (înot / târâtor) vor trebui să urmeze observațiile experimentale la acel nivel. Există, de fapt, un grup dintre noi care lucrează la pregătirea unei cantități incredibile de date, astfel încât să putem spune cu certitudine că viermele noștri se răstoarnă la fel ca cel real, de îndată ce simularea noastră este gata să fie testată.

Aplicații ale cercetării

Muo: Ce aplicație de acest fel de simulare este cea mai interesantă pentru dvs.? Care sunt cele mai importante utilizări ale acestei tehnologii înainte??

Giovanni: Acest tip de simulare, atunci când este validat, ne-ar putea permite să efectuăm experimente pe un computer în loc de animale vii. Acest lucru are avantaje evidente în ceea ce privește reproducerea experimentelor și numărul mare de experimente care pot fi efectuate. C. elegans este un organism model pentru boala umana, asa ca vorbim de posibilitatea de a obtine o viziune de jos in sus in boli cum ar fi Alzheimer, Parkinsons si Huntington, doar pentru a numi cateva - si, speram, accelera cura ca o consecinta. Aceeași tehnologie ar putea fi utilizată pentru a simula populațiile sănătoase sau bolnave ale țesuturilor umane doar prin încărcarea diferitelor modele în motor.

Personal, sunt extrem de entuziasmat de modul în care ceea ce facem ne poate ajuta să înțelegem modul în care creierul funcționează la o scară foarte tractabilă. Doar imaginați-vă ce înseamnă dacă putem capta creierul unui vierme ca un set de parametri (care devine din ce în ce mai posibil cu noile tehnologii imagistice) și să alimentați aceiași parametri în simularea noastră. Acest lucru poate suna ca o fictiune science-fiction, dar amintirile au fost deja implantate in animalele vii.

Ce înseamnă OpenWorm pentru tine

Tehnologia din spatele proiectului OpenWorm este interesantă pe mai multe niveluri. Tehnologia de a cartografia și de a simula creierul animalelor întregi are implicații profunde și, în cele din urmă, schimbătoare ale lumii asupra condiției umane.

La un nivel mai imediat, abilitatea de a experimenta animalele simulate și de a studia bolile în detalii meticuloase și computaționale ar putea permite un fel de știință complet nouă - experimente efectuate, în masă, prin computere, pe computere. Tehnologia OpenWorm, extinsă la organisme mai mari, ne-ar putea permite să studiem bolile precum schizofrenia și cancerul în mod complet nou și interesant.

Ce crezi că rasa umană a reușit cu această tehnologie în zece ani? Cincizeci? Spuneți-ne în comentariile! Puteți urma echipa OpenWorm la www.openworm.org

Explorați mai multe despre: Geeky Science.