Giovanni Idili iz OpenWorma: Mozak, crvi i umjetna inteligencija

Oglas

Zamislite da ste dio mašte vašeg računala. Vaš je mozak detaljna računalna simulacija umjetna inteligencija 7 nevjerojatnih web stranica koje možete vidjeti najnovije u programu umjetne inteligencijeUmjetna inteligencija još nije HAL iz 2001.: Svemirska odiseja…, ali sve smo blizu. Svakako, jednog dana moglo bi biti slično onom znanstveno-fantastičnih potkolera koji su izbacili iz Hollywooda ... Čitaj više koja se povezuje sa simuliranim očima i simuliranim mišićima i simuliranim živčanim završecima koji djeluju na simulirani svijet. Razmišljate i osjećate se točno kao i sada, ali umjesto da se implementira u sivo meso, vaš um trči na silikon.

Simuliranje čitavog ljudskog mozga poput ovog načina je krajnje, ali projekt sa otvorenim kodom je u planu Prvi je važan korak simuliranjem neurologije i fiziologije jedne od najjednostavnijih životinja za koju se zna znanost. Tim OpenWorma, koji je upravo završen uspješan Kickstarter, mjeseci je od izgradnje kompletne simulacije C. eleganima, jednostavnim crvom nematoda s 302 neurona. Simulirani crv plivat će u simuliranoj vodi, reagirati na simulirani podražaj i (u mjeri u kojoj takav jednostavan organizam može) razmišljati.

U ovom ćemo razgovoru razgovarati s Giovannijem Idilijem, suosnivačem projekta OpenWorm, o njihovom radu na umjetnoj inteligenciji. OpenWorm tim je višenacionalni tim inženjera, koji rade na simulaciji crva već nekoliko godina. Za suradnju koriste alate za dijeljenje datoteka poput Google diska i Dropboxa, a njihovi sastanci javno se prenose kao Google+ Hangout.

Budućnost umjetne inteligencije

MUO: Bok Giovanni! Ovo je očito vrlo složen i izazovan projekt - možete li opisati napredak koji ste postigli u simulaciji do sada i što vam preostaje? Što mislite koji će biti najznačajniji izazovi naprijed?

Giovanni: Dosta smo napredovali na tijelu crva i okolini koja će predstavljati našu virtualnu petrijevu posudu. Vjerujemo u utjelovljenje, što znači da bi mozak u vakuumu bio manje zanimljiv bez simulirano okruženje - "matriks crva", ako hoćete - koji mozak može doživjeti putem svog čula neuroni.

To je razlog zašto smo prvo uložili puno truda u crva. Ono što do sada imamo anatomsko točna kutikula pod pritiskom koja sadrži kontraktibilne mišićne stanice, i napunjen je želatinom sličnom tekućinom da sve ostane na mjestu. Paralelno smo radili na tome da pokrenemo mozak i trenutno izvodimo prve testove cijelog C. eleganska neuronska mreža (poznati 302 neurona).

Sada se približavamo točki da možemo početi uključivati ​​mozak u tijelo i vidjeti što se događa. To neće značiti da je crv "živ", jer nema organe i još uvijek nedostaje puno bioloških detalja, ali omogućit će nam da zatvorite petlju na motornom sustavu, tako da možemo početi eksperimentirati i ugađati mozak i mišiće kako bismo stvorili različite vrste crva kretanje. Samo ovo će nas zadržati neko vrijeme.

Postoje dvije različite izazove - istraživački izazovi i tehnički. Istraživački izazovi tipični su za bilo koji znanstveni poduhvat. Ne znate kada ćete se zaglaviti ili na čemu, ali jedan je očigledan izazov taj da je mozak preslikan i veze između neurona poznate, još uvijek ne znamo puno o pojedinim neuronima i njihovim karakteristikama, što nam ostavlja puno posla da bismo ih prilagodili - izvedivo, ali naporno i dovoljno vremena konzumiranje.

To je teško jer je životinja vrlo mala i dosad je bilo nemoguće učiniti in vivo snimanje vatrenog mozga. Srećom, i to su najnovije vijesti, nove tehnike se pojavljuju na površini koji bi nam mogli pomoći da popunimo neke praznine.

U pogledu inženjerstva, postoji mnogo tehničkih izazova, ali rekao bih da bi glavni bio izvedba simulacije. Simulaciju pokrećemo na GPU-ima i klasterima, ali još uvijek treba puno vremena za simulaciju; tamo treba puno raditi.

Simulacija crvenog pregledača

MUO: Jedna od nagrada na Kickstarteru koju ste stavili na raspolaganje svojim podupiračima bio je pristup djelomičnoj simulaciji crva u vašem pregledniku, uključujući muskulaturu. Kad dovršite više simulacija (poput mozga), planirate li te elemente učiniti dostupnima i u pregledniku? Koliko će intenzivno raditi puna simulacija?

Giovanni: Da - upravo je to ideja. WormSim će biti prozor u najnoviju dostupnu simulaciju. Nakon što postignemo značajan napredak, poput priključenja a mozak u simulaciju Geeksi teže: Da li čovjek misli brže od računala? Čitaj više , ovo će biti predstavljeno WormSimu. Simulacija će biti prilično intenzivna, ali WormSim arhitektura je trenutno odvojena od toga u sustavu što znači da ćemo pokrenuti simulaciju potrebne infrastrukture (GPU klasteri itd.) i pohraniti rezultati. Ti će se rezultati pretočiti u WormSim, tako da će ljudi moći skenirati naprijed i nazad u simulaciji, koristiti 3D kontrole kamera i kliknuti na stvari i pristupiti metapodacima simulacije.

Sljedeći koraci

MUO: Budući da je C. elegani su tek početak, nakon nematoda, što je sljedeći korak? Koji su izazovi između nematode i složenijeg organizma?

Giovanni: Ispravan. Pokušavamo izgraditi naše tehnološko planiranje za budućnost, a to želimo naš motor biti pomalo nalik LEGOS-u za računsku biologiju, u idealnom slučaju, tako da nakon C. elegane koje ne moramo početi ispočetka, ali možemo sastaviti složeniji organizam koji utječe na ono što smo već izgradili.

Kandidati su pijavica (10k neurona) i voćna muha ili larva zebrafish (oba oko 100k neurona). Nije samo pitanje koliko neurona, već i koliko je dobro proučen organizam. Sigurno će proći nekoliko godina prije nego što uopće pomislimo da se borimo s drugim organizmima, ali ako je neka druga skupina htjela da bismo započeli s bilo kojim od tih organizama, rado ćemo ići gore i dalje kako bismo pomogli na bilo koji način - svi su naši alati otvorena.

Glavni je izazov što, kako mozak organizma postaje sve veći i veći, poput miša sa svojih 75 milijuna neurona, vi su prisiljeni raditi s populacijom, a ne s dobro definiranim neuronskim krugovima sastavljenim od razumnih količina neuroni. "Zatvaranje petlje" postaje malo zamršenije. Također vam treba više računska snaga 10 načina da donirate vrijeme za svoj procesor znanosti Čitaj više i raditi nešto poput onoga što pokušavamo s C. eleganima, simulacija stanice po stanicu koja nije ograničena na neurone, potpuno je nezamisliva. Kad jednom dođete do te makro razine, prisiljeni ste raditi s nečim grubljim. Ali, dogodit će se, bez sumnje!

Validacija i testiranje

MUO: S obzirom da je softver koji razvijate vrlo složen i uključuje simulaciju na mnogim razinama, kako potvrditi svoje modele kako bi odredili uspjeh? Postoje li testovi koje želite izvršiti, ali još niste mogli?

Giovanni: Na svakoj razini preciznosti testiramo naše komponente softvera na temelju eksperimentalnih rezultata. Eksperimentalni podaci ili su već dostupni na otvorenom ili dolaze iz laboratorija koji nas odlučuju donirati. Simulacije neurona moraju se podudarati s eksperimentalnim mjerenjima aktivnosti neurona. Mehaničke simulacije tijela crva i njegove okoline moraju slijediti zakone fizike.

Na sličan način makro ponašanje simuliranog crva (plivanje / puzanje) morat će slijediti eksperimentalna promatranja na toj razini. Zapravo postoji grupa nas koji rade na pripremi nevjerojatne količine podataka za koje bismo kvantitativno mogli reći siguran je da naš crv vijuga isto kao i onaj pravi čim je naša simulacija spremna testirani.

Primjene istraživanja

MUO: Koja vam se primjena ove vrste simulacije najviše doima? Koje su najvažnije upotrebe ove tehnologije naprijed?

Giovanni: Ovakva simulacija, kada se provjeri, mogla bi nam omogućiti provođenje eksperimenata na računalu umjesto živih životinja. To ima očite prednosti u pogledu reprodukcije eksperimenata i samog broja pokusa koji se mogu provesti. C. elegan je uzorni organizam za ljudsku bolest, pa govorimo o eventualnom stjecanju uvida u bolesti odozdo prema gore poput Alzheimerove, Parkinsonove i Huntington-ove, nabrojimo samo neke - i nadam se da će ubrzati izlječenje kao posljedicu. Ista tehnologija mogla bi se koristiti za simulaciju zdrave ili bolesne populacije ljudskih tkiva samo umetanjem različitih modela u motor.

Osobno me izuzetno uzbuđuje kako bi ono što radimo moglo pomoći da shvatimo kako mozak djeluje na vrlo prohodan način. Zamislite što znači ako mozak crva možemo uhvatiti kao skup parametara (što je sve je više moguće novim tehnologijama za obradu slika) i te iste parametre unesite u naše simulacija. To možda zvuči kao znanstvena fantastika, ali sjećanja su već ugrađena u žive životinje.

Što OpenWorm znači za vas

Tehnologija koja stoji iza projekta OpenWorm uzbudljiva je na mnogim razinama. Tehnologija za mapiranje i simuliranje mozgova čitavih životinja ima duboke i vremenske posljedice na ljudsko stanje.

Na neposrednijoj razini, mogućnost eksperimentiranja na simuliranim životinjama i proučavanje bolesti s odmjerenim, pojedinosti iz računanja mogu sasvim omogućiti potpuno novu vrstu znanosti - eksperimenti, masovno izvedeni, pomoću računala, na računalima. Tehnologija OpenWorm-a, proširena na veće organizme, mogla bi nam omogućiti proučavanje teško shvatljivih bolesti poput šizofrenije i raka na potpuno nove i uzbudljive načine.

Što vidite kako je ljudska rasa postigla ovu tehnologiju u deset godina? Pedeset? Javite nam u komentarima! Ekipu OpenWorm možete pratiti na www.openworm.org