Giovanni Idili OpenWormista: Aivot, madot ja tekoäly

Mainos

Kuvittele, että olet tietoisuus tietokoneesi mielikuvituksesta. Aivosi on yksityiskohtainen tietokoneen simulointi - an tekoäly 7 hämmästyttävää verkkosivustoa nähdäksesi viimeisimmän tekoälyn ohjelmoinninKeinotekoinen älykkyys ei ole vielä HAL vuodesta 2001: Space Odyssey…, mutta olemme pääsemässä kauhistuttavasti. Tosiaan, jonain päivänä se voi olla samanlainen kuin Hollywoodin huijaamat sci-fi-kattilat ... Lue lisää joka yhdistyy simuloituihin silmiin ja simuloituihin lihaksiin ja simuloituihin hermopäätteisiin, jotka ovat vuorovaikutuksessa simuloidun maailman kanssa. Luulet ja tunnet aivan kuten nyt, mutta sen sijaan, että harkitset harmaata lihaa, ajattele piin.

Koko ihmisen aivojen simulointi näin on keino, mutta avoimen lähdekoodin projekti on alkamassa elintärkeä ensimmäinen askel, simuloimalla yhden yksinkertaisimman tunnetun eläimen neurologiaa ja fysiologiaa tiedettä. OpenWorm-tiimi, joka juuri valmistui onnistunut Kickstarter, on kuukausien päässä täydellisen C-simulaation rakentamisesta. elegans, yksinkertainen nematoodimato, jossa on 302 neuronia. Simuloitu mato ui simuloidussa vedessä, reagoi simuloituihin ärsykkeisiin ja (siinä määrin kuin sellainen yksinkertainen organismi pystyy) ajattelemaan.

Tässä haastattelussa puhumme OpenWorm-hankkeen perustajan Giovanni Idilin kanssa heidän tekemästään tekoälystä. OpenWorm-tiimi on monikansallinen insinööritiimi, joka on työskennellyt mato-simulaation parissa useita vuosia. He käyttävät tiedostojenjakovälineitä, kuten Google Drive ja Dropbox, yhteistyöhön, ja heidän kokouksensa suoratoistetaan julkisesti Google+ -hangoutina.

Keinotekoisen älykkyyden tulevaisuus

MUO: Hei Giovanni! Tämä on tietysti erittäin monimutkainen ja haastava projekti - voisitko kuvailla edistystä, jonka olet tähän mennessä tehnyt simulaatiossa, ja mitä on jäljellä tehdä? Mitkä ovat mielestäsi merkittävimmät tulevaisuuden haasteet?

Giovanni Olemme edistyneet paljon madon rungossa ja sitä ympäröivässä ympäristössä, joka edustaa virtuaalista Petri-maljoamme. Uskomme suoritusmuotoon, mikä tarkoittaa, että tyhjiössä olevat aivot olisivat vähemmän mielenkiintoisia ilman simuloitu ympäristö - "madon matriisi", jos haluat - jonka aivot voivat kokea aistin kautta neuronien.

Tästä syystä aloitimme panostamalla paljon vaivaa ensin matokappaleeseen. Se mitä meillä on toistaiseksi on anatomisesti tarkka, paineistettu kynsinauha, joka sisältää supistuvia lihassoluja, ja se on täytetty gelatiinimaisella nesteellä kaiken pitämiseksi paikoillaan. Samanaikaisesti olemme työskennelleet aivojen käynnistämiseksi ja suoritamme parhaillaan koko C: n ensimmäisiä testejä. elegans-hermosoluverkko (kuuluisat 302 neuronia).

Olemme nyt lähestymässä pistettä, että voimme aloittaa aivojen kiinnittämisen kehoon ja nähdä, mitä tapahtuu. Tämä ei tarkoita, että mato on "elossa", koska siinä ei ole elimiä ja myös monet biologiset yksityiskohdat puuttuvat edelleen, mutta se antaa meille mahdollisuuden sulje moottorijärjestelmän silmukka, jotta voimme aloittaa aivojen ja lihaksien kokeilun ja säätämisen tuottamaan erilaisia ​​matoja liikkumiskyky. Pelkästään tämä pitää meidät kiireisenä jonkin aikaa.

Haasteita on kahdenlaisia ​​- tutkimushaasteita ja teknisiä. Tutkimushaasteet ovat tyypillisiä kaikille tieteellisille hankkeille. Et tiedä milloin jumiin tai mihin, mutta yksi ilmeinen haaste tässä on, että vaikka aivot on kartoitettu ja neuronien väliset yhteydet ovat tiedossa, me en vieläkään tiedä paljon itsenäisistä neuroneista ja niiden ominaisuuksista, mikä antaa meille paljon työtä niiden hienosäätöön - toteutettavissa, mutta kovaa ja aikaa vievää.

Tämä on vaikeaa, koska eläin on hyvin pieni ja ampuma-aivojen kuvantaminen in vivo on toistaiseksi ollut mahdotonta. Onneksi tämä on hyvin tuore uutinen, uudet tekniikat ovat pintakäsittelyä joka voi auttaa meitä täyttämään joitain puutteita.

Suunnittelussa on monia teknisiä haasteita, mutta sanoisin, että pääasiallinen olisi simulaation suorituskyky. Käytämme simulaatiota GPU: lla ja klusterilla, mutta simulointi vie silti paljon aikaa; siellä on paljon työtä.

Selaimen matojen simulointi

MUO: Yksi Kickstarter-palkintoista, jonka annoit takaajillesi, oli pääsy mahan osittaiseen simulointiin selaimessa, mukaan lukien lihakset. Kun suoritat enemmän simulaatiota (kuten aivot), aiotko asettaa nämä elementit saataville myös selaimessa? Kuinka intensiivistä täyden simulaation suorittaminen on?

Giovanni Kyllä - tämä on juuri idea. WormSim on ikkuna uusimpaan käytettävissä olevaan simulointiin. Kun olemme saavuttaneet merkittävää edistystä, kuten kytkemällä a aivot simulaatioon Geeksit punnitaan: ajatteleeko ihminen nopeammin kuin tietokonetta? Lue lisää , tämä otetaan käyttöön WormSimille. Simulointi on melko intensiivistä, mutta WormSim-arkkitehtuuri on tällä hetkellä irrotettu siitä ajaa simulaatiota tarvittavassa infrastruktuurissa (GPU-klusterit jne.) ja tallenna sitten tuloksiin. Tulokset siirretään WormSimiin, joten ihmiset voivat skannata edestakaisin simulaatiossa, käyttää 3D-kameran säätimiä ja napsauttaa asioita ja käyttää simulaation metatietoja.

Seuraavat vaiheet

MUO: Koska C. elegans on vasta alku nematodien jälkeen, mikä on seuraava askel? Mitä haasteita sukkulamato ja monimutkaisempi organismi aiheuttavat?

Giovanni Oikea. Yritämme rakentaa tulevaisuuden teknologiasuunnitteluamme ja haluamme moottorimme olla vähän kuin LEGOS laskennalliselle biologialle, mieluiten, jotta C. elegansseja, joita meidän ei tarvitse aloittaa tyhjästä, mutta voimme koota monimutkaisemman organismin hyödyntämällä sitä, mitä olemme jo rakentaneet.

Ehdokkaita ovat kajokaari (10 k neuronia) ja hedelmäkärpäs tai toukka seeprakala (molemmat noin 100 k neuronia). Kyse ei ole vain kuinka monta hermostoa, mutta myös siitä, kuinka hyvin tutkittu organismi on. On varmasti melko muutama vuosi, ennen kuin voimme edes ajatella puuttua muihin organismeihin, mutta jos joku muu ryhmä halusi aloittaaksesi minkä tahansa näistä organismeista, menisimme mielellämme yli ja yli auttamaan kaikin mahdollisin tavoin - kaikki työkalumme ovat avata.

Suurin haaste on, että kun organismin aivot kasvavat ja kasvavat, kuten hiiri 75 miljoonalla neuronilla, sinäkin ovat pakko työskennellä pikemminkin populaatioiden kuin hyvin määriteltyjen hermosolujen kanssa, jotka koostuvat kohtuullisista määristä neuronien. ”Silmukan sulkeminen” tulee hieman vaikeammaksi. Tarvitset myös lisää laskentateho 10 tapaa lahjoittaa prosessorisi aikaa tieteelle Lue lisää , ja tehdä jotain, mitä yritämme C: n kanssa. eleganssit, solu-solu-simulaatio, joka ei rajoitu vain neuroneihin, on täysin mahdoton ajatella. Kun pääset tuolle makrotasolle, sinun on pakko työskennellä jotain karkeampaa rakeista. Mutta niin tapahtuu, epäilemättä!

Validointi ja testaus

MUO: Koska kehittämäsi ohjelmisto on erittäin monimutkainen ja siihen sisältyy simulointia monilla tasoilla, miten validoit mallisi onnistumisen määrittämiseksi? Onko testejä, jotka haluat suorittaa, mutta et ole vielä pystynyt?

Giovanni Jokaisella rakeisuuden tasolla ”testaamme” ohjelmistokomponenttejamme koetulosten perusteella. Kokeellinen tieto on joko jo saatavilla avoimesti tai se tulee laboratorioilta, jotka päättävät lahjoittaa ne meille. Neuronaalisten simulaatioiden on vastattava hermostoaktiivisuuden kokeellisia mittauksia. Matokappaleen ja sen ympäristön mekaanisten simulaatioiden on noudatettava fysiikan lakeja.

Samalla tavalla simuloidun madon (uinti / indeksointi) makrokäyttäytymisen on noudatettava kokeellisia havaintoja tällä tasolla. Itse asiassa on ryhmä meistä jotka pyrkivät valmistelemaan uskomattoman määrän tietoja, jotta voimme sanoa kvantitatiivisesti Varmista, että mato värisee samalla tavalla kuin todellinen heti, kun simulaatiomme on valmis olemaan testattu.

Tutkimuksen sovellukset

MUO: Mikä tällaisen simulaation sovellus on sinulle mielenkiintoisin? Mitkä ovat tämän tekniikan tärkeimmät käyttötavat?

Giovanni Tällainen simulointi, kun se on validoitu, voisi antaa meille mahdollisuuden suorittaa kokeita tietokoneella elävien eläinten sijaan. Tällä on selviä etuja kokeiden toistamisen ja suoritettavien kokeiden lukumäärän suhteen. C. elegans on malli-organismi ihmisen sairauksille, joten puhumme mahdollisesta alhaalta ylöspäin suuntautuvan näkemyksen saamisesta sairauksista kuten Alzheimerin, Parkinsonin ja Huntingtonin, vain mainitakseni muutaman - ja toivottavasti nopeuttaa paranemista seurauksena. Samaa tekniikkaa voitaisiin käyttää simuloimaan terveitä tai sairaita ihmiskudosten populaatioita lataamalla erilaisia ​​malleja moottoriin.

Henkilökohtaisesti olen erittäin innoissani siitä, kuinka tekemämme toimet voivat auttaa meitä ymmärtämään, kuinka aivot toimivat hyvin jäljitettävissä. Kuvittele vain, mitä tarkoittaa, jos pystymme vangitsemaan madon aivot parametrijoukkona (mikä on tulee yhä enemmän mahdolliseksi uusilla kuvantamistekniikoilla) ja syötä samat parametrit omaan simulointi. Tämä saattaa kuulostaa tieteiskirjallisuudelta, mutta muistot on istutettu jo eläviin eläimiin.

Mitä OpenWorm tarkoittaa sinulle

OpenWorm-projektin takana oleva tekniikka on jännittävä monella tasolla. Koko eläinten aivojen kartoittamis- ja simulointitekniikalla on syvällisiä ja lopulta maailmaa muuttavia vaikutuksia ihmisen tilaan.

Välittömällä tasolla kyky kokeilla simuloituja eläimiä ja tutkia sairauksia huolellisissa, laskennalliset yksityiskohdat voivat hyvinkin mahdollistaa aivan uudenlaisen tieteen - tietokoneiden suorittamat kokeet massalla, tietokoneissa. Suurempiin organismeihin skaalattu OpenWorm-tekniikka voisi antaa meille mahdollisuuden tutkia vaikeasti ymmärrettäviä sairauksia, kuten skitsofreniaa ja syöpää, täysin uusilla ja mielenkiintoisilla tavoilla.

Mitä näette ihmiskunnan saavuttavan tällä tekniikalla kymmenessä vuodessa? Viisikymmentä? Kerro meille kommenteista! Voit seurata OpenWorm-tiimiä osoitteessa www.openworm.org