OpenWorm'dan Giovanni Idili: Beyinler, Solucanlar ve Yapay Zeka

İlan

Bilgisayarınızın hayal gücünün bir ürünü olduğunuzu düşünün. Beyniniz ayrıntılı bir bilgisayar simülasyonudur - yapay zeka Yapay Zeka Programlamasında Son Görülen 7 Şaşırtıcı Web SitesiYapay Zeka henüz 2001: HAL Odyssey'den HAL değil… ama çok yaklaşıyoruz. Tabii ki, bir gün Hollywood tarafından çalınan bilim kurgu potboilers benzer olabilir ... Daha fazla oku simüle edilmiş gözlerle, simüle edilmiş kaslarla ve simüle edilmiş bir dünyayla etkileşime giren simüle sinir uçlarına bağlanır. Tam olarak şimdi yaptığınız gibi düşünür ve hissedersiniz, ancak gri ete uygulamak yerine, zihniniz silikon üzerinde çalışır.

Bütün bir insan beynini bu şekilde simüle etmek bir yoludur, ancak açık kaynaklı bir proje bilinen en basit hayvanlardan birinin nörolojisini ve fizyolojisini simüle ederek hayati ilk adım Bilim. OpenWorm ekibi, henüz tamamlandı başarılı bir Kickstarter, tam bir C simülasyonu oluşturmaktan aylar uzakta elegans, 302 nöron ile basit bir nematod solucanı. Simüle edilen solucan, simüle edilmiş suda yüzecek, simüle edilmiş uyarana tepki gösterecek ve (böyle basit bir organizmanın yapabileceği derecede) düşünecektir.

Bu röportajda, OpenWorm projesinin kurucularından Giovanni Idili ile yapay zekadaki çalışmaları hakkında konuşacağız. OpenWorm ekibi, birkaç yıldır solucan simülasyonu üzerinde çalışan çok uluslu bir mühendis ekibidir. Ortak çalışma için Google Drive ve Dropbox gibi dosya paylaşım araçlarını kullanıyorlar ve toplantıları herkese açık olarak bir Google+ Hangout'u olarak yayınlanıyor.

Yapay Zekanın Geleceği

MUO: Merhaba Giovanni! Bu çok karmaşık ve zorlayıcı bir proje - şimdiye kadar simülasyonda kaydettiğiniz ilerlemeyi açıklayabilir misiniz ve geriye ne kaldı? Sizce en önemli zorluklar neler olacak?

Giovanni: Sanal petri kabımızı temsil edecek solucan ve çevresindeki ortamda çok ilerleme kaydettik. Düzenlemeye inanıyoruz, yani boşluktaki bir beynin, simüle edilmiş ortam - eğer istersen “solucan matrisi” - beynin duyusallığı ile yaşayabileceği nöronlar.

Bu yüzden önce solucan bedenine çok çaba sarf etmeye başladık. Şimdiye kadar sahip olduğumuz şey kasılabilir kas hücreleri içeren anatomik olarak doğru, basınçlı bir kütikülve her şeyi yerinde tutmak için jelatin benzeri sıvı ile doldurulur. Paralel olarak, beyni çalıştırmaya çalışıyoruz ve şu anda tüm C'nin ilk testlerini yapıyoruz. nöronal ağ elegans (ünlü 302 nöronlar).

Şimdi beyni vücuda sokmaya ve neler olduğunu görmeye başlayabileceğimiz noktaya yaklaşıyoruz. Bu, solucanın “canlı” olduğu anlamına gelmez, çünkü organları yoktur ve çok fazla biyolojik detay hala eksiktir, ancak Motor sistemindeki döngüyü kapatın, böylece farklı solucan türleri oluşturmak için beyin ve kasları deneyip ayarlamaya başlayabiliriz lokomosyon. Bu tek başına bizi bir süre meşgul edecek.

İki farklı zorluk türü vardır: araştırma zorlukları ve teknik zorluklar. Araştırma zorlukları, herhangi bir bilimsel girişim için tipik olanlardır. Ne zaman takıldığınızı ya da neye takacağınızı bilmiyorsunuz, ancak burada bariz bir zorluk, beyin haritalanmış ve nöronlar arasındaki bağlantılar bilinmesine rağmen, biz hala tek tek nöronların kendileri ve özellikleri hakkında çok şey bilmiyoruz, bu da onları ince ayar yapmak için yapacak çok işimiz var - yapılabilir, ancak zor ve zaman tüketen.

Bu zordur çünkü hayvan çok küçüktür ve şimdiye kadar ateş eden beynin in vivo görüntülenmesi imkansız olmuştur. Neyse ki, bu çok yeni bir haber, yeni teknikler ortaya çıkıyor bazı boşlukları doldurmamıza yardımcı olabilir.

Mühendislik açısından, birçok teknik zorluk var, ancak asıl olanın simülasyonun performansı olacağını söyleyebilirim. Simülasyonu GPU'lar ve kümeler üzerinde yürütüyoruz, ancak yine de simüle etmek çok zaman alıyor; orada yapılacak çok iş var.

Tarayıcı Solucanı Simülasyonu

MUO: Destekçilerinize sunduğunuz Kickstarter ödüllerinden biri, kaslarınız da dahil olmak üzere tarayıcınızdaki solucanın kısmi bir simülasyonuna erişmekti. Simülasyondan (beyin gibi) daha fazlasını tamamlarken, bu öğeleri tarayıcıda da kullanılabilir hale getirmeyi planlıyor musunuz? Tam simülasyon ne kadar yoğun olacak?

Giovanni: Evet - bu tam olarak fikir. WormSim, mevcut en yeni simülasyona açılan bir pencere olacaktır. Bir kez tıklamak gibi önemli bir ilerleme kaydettik beyin simülasyonu içine Geeks Tartım: İnsan Bilgisayardan Daha Hızlı Düşünüyor mu? Daha fazla oku , bu WormSim'e gönderilecektir. Simülasyon oldukça yoğun olacak, ancak WormSim mimarisi şu anda bundan ayrılıyor. simülasyonu gerekli altyapı (GPU kümeleri vb.) üzerinde çalıştıracağımızı ve Sonuçlar. Bu sonuçlar WormSim'e aktarılacak, böylece insanlar simülasyonda ileri geri tarama yapabilir, 3D kamera kontrollerini kullanabilir ve şeylere tıklayabilir ve simülasyon meta verilerine erişebilir.

Sonraki adımlar

MUO: C.'den beri elegans sadece başlangıç, nematodlardan sonra, bir sonraki adım nedir? Nematod ve daha karmaşık bir organizma arasında hangi zorluklar ortaya çıkar?

Giovanni: Doğru. Gelecek için teknoloji planlamamızı oluşturmaya çalışıyoruz ve motorumuz hesaplama biyolojisi için LEGOS gibi, ideal olarak, C'den sonra olmak için. elegans sıfırdan başlamak zorunda değiliz, ancak daha önce inşa ettiğimiz şeyden yararlanarak daha karmaşık bir organizma oluşturabilir.

Adaylar sülük (10k nöron) ve meyve sineği veya larva zebra balığıdır (her ikisi de yaklaşık 100k nöron). Bu sadece kaç nöronun değil, aynı zamanda bir organizmanın ne kadar iyi çalışıldığı meselesidir. Diğer organizmalarla mücadele etmeyi düşünebilmemiz için kesinlikle birkaç yıl geçecek, ancak başka bir grup isteseydi bu organizmalardan herhangi birine başlamak için elimizden gelen her şekilde yardımcı olmak için yukarıda ve öteye gitmekten mutluluk duyarız - tüm araçlarımız açık.

Temel zorluk, bir organizmanın beyni büyüdükçe 75 milyon nöronu olan bir fare gibi, makul miktarlarda oluşan iyi tanımlanmış nöronal devrelerden ziyade popülasyonlarla çalışmaya zorlanırlar. nöronlar. “Döngüyü kapatmak” biraz daha karmaşık hale geliyor. Ayrıca daha fazlasına ihtiyacınız var hesaplama gücü CPU zamanınızı bilime bağışlamanın 10 yolu Daha fazla oku ve C ile denediğimiz gibi bir şey yapıyoruz. nöronlarla sınırlı olmayan hücre bazında simülasyon elegans düşünülemez. Bu makro seviyeye ulaştığınızda, daha kaba taneli bir şeyle çalışmaya zorlanırsınız. Ama bu gerçekleşecek, şüphesiz!

Doğrulama ve Test

MUO: Geliştirdiğiniz yazılımın çok karmaşık olduğu ve birçok düzeyde simülasyon içerdiği göz önüne alındığında, başarıyı belirlemek için modellerinizi nasıl doğrularsınız? Gerçekleştirmek istediğiniz ancak henüz gerçekleştiremediğiniz testler var mı?

Giovanni: Her ayrıntı düzeyinde, yazılım bileşenlerimizi deneysel sonuçlara karşı "birim test ederiz". Deneysel veriler açıkta zaten mevcuttur veya bize bağış yapmaya karar veren laboratuvarlardan gelir. Nöronal simülasyonlar, nöronal aktivite üzerindeki deneysel ölçümlerle eşleşmelidir. Solucan gövdesi ve çevresi için mekanik simülasyonlar fizik yasalarına uymak zorundadır.

Benzer şekilde, simüle edilmiş solucanın makro davranışlarının (yüzme / tarama) bu seviyede deneysel gözlemleri takip etmesi gerekecektir. Aslında var bir grup biz nicel olarak şunu söyleyebilmemiz için inanılmaz miktarda veri hazırlamaya çalışan simülasyonumuz olmaya hazır olur olmaz solucumuzun gerçek kurt ile aynı şekilde kıpırdadığından emin olun test etti.

Araştırma Uygulamaları

MUO: Bu tür simülasyonun hangi uygulaması sizin için en heyecan verici? Gelecekte bu teknolojinin en önemli kullanım alanları nelerdir?

Giovanni: Bu tür bir simülasyon, onaylandığında, canlı hayvanlar yerine bir bilgisayarda deneyler yapmamızı sağlayabilir. Bunun, deneylerin çoğaltılması ve yapılabilecek çok sayıda deney açısından bariz avantajları vardır. C. elegans insan hastalığı için örnek bir organizmadır, bu yüzden hastalıklarla ilgili aşağıdan yukarıya bir bakış açısı kazanmaktan bahsediyoruz Alzheimer’ın, Parkinson’un ve Huntington’ın, sadece birkaçını belirtmek ve sonuç olarak tedaviyi hızlandırmak. Aynı teknoloji, sadece motora farklı modeller yükleyerek insan dokularının sağlıklı veya hastalıklı popülasyonlarını simüle etmek için kullanılabilir.

Şahsen, yaptığımız şeyin beynin çok izlenebilir bir ölçekte nasıl çalıştığını anlamamıza nasıl yardımcı olabileceğinden çok heyecanlıyım. Bir solucanın beynini bir dizi parametre olarak yakalayabilirsek bunun ne anlama geldiğini hayal edin. yeni görüntüleme teknolojileriyle giderek daha mümkün hale geliyor) ve aynı parametreleri simülasyonu. Bu bilim kurgu gibi gelebilir, ancak anılar zaten canlı hayvanlara implante edilmiştir.

OpenWorm Sizin İçin Ne Demektir

OpenWorm projesinin arkasındaki teknoloji birçok düzeyde heyecan vericidir. Tüm hayvanların beyinlerini haritalama ve simüle etme teknolojisinin insanlık durumu için derin ve nihayetinde dünyayı değiştiren etkileri vardır.

Daha acil bir düzeyde, simüle edilmiş hayvanlar üzerinde deney yapma ve hastalıkları titizlikle inceleme yeteneği, hesaplama detayı tamamen yeni bir tür bilimi mümkün kılabilir - bilgisayarlar tarafından toplu olarak yapılan deneyler, bilgisayarlarda. Daha büyük organizmalara göre ölçeklendirilmiş OpenWorm teknolojisi, şizofreni ve kanser gibi kavranması zor hastalıkları tamamen yeni ve heyecan verici bir şekilde incelememize izin verebilir.

On yılda bu teknoloji ile elde edilen insan ırkının ne olduğunu görüyorsunuz? Elli? Yorumlarda bize bildirin! OpenWorm ekibini www.openworm.org adresinden takip edebilirsiniz.