Giovanni Idili din OpenWorm: creiere, viermi și inteligență artificială

Publicitate

Imaginează-ți că ești o imagine a imaginației computerului tău. Creierul dvs. este o simulare computerizată detaliată - an inteligență artificială 7 site-uri web uimitoare pentru a vedea cele mai recente în programarea inteligenței artificialeInteligența artificială nu este încă HAL din 2001: Odiseea spațială... dar ne apropiem foarte mult. Destul de sigur, într-o zi ar putea fi la fel de asemănătoare cu potboilerele de ficțiune care au fost scoase de Hollywood ... Citeste mai mult care se conectează la ochi simulați și mușchi simulați și terminații nervoase simulate, care interacționează cu o lume simulată. Te gândești și simți exact așa cum faci acum, dar în loc să fii pus în aplicare în carne gri, mintea ta rulează siliciu.

Simularea unui întreg creier uman ca acesta este o cale de eliminare, dar un proiect open-source este pe cale să ia o primul pas vital, prin simularea neurologiei și fiziologiei uneia dintre cele mai simple animale cunoscute ştiinţă. Echipa OpenWorm, care tocmai a finalizat

un Kickstarter de succes, este la câteva luni distanță de construirea unei simulări complete de C. elegans, un simplu vierme nematode cu 302 neuroni. Viermele simulat va înota în apă simulată, va reacționa la stimulul simulat și (în măsura în care un astfel de organism poate), se va gândi.

În acest interviu, vom discuta cu Giovanni Idili, co-fondatorul proiectului OpenWorm despre activitatea lor în inteligența artificială. Echipa OpenWorm este o echipă multinațională de ingineri, care lucrează la simularea viermilor de câțiva ani. Utilizează instrumente de partajare a fișierelor precum Google Drive și Dropbox pentru a colabora, iar întâlnirile lor sunt transmise 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 făcut până acum în simulare și ce a mai rămas de făcut? Care crezi că vor fi provocările cele mai importante pe viitor?

Giovanni: Am făcut multe progrese în ceea ce privește corpul viermei și mediul înconjurător care va reprezenta platoul nostru virtual petri. Credem în întruchipare, ceea ce înseamnă că un creier în vid ar fi mai puțin interesant fără un mediul simulat - „matricea viermilor” dacă vrei - pe care creierul o poate experimenta prin senzorialul său neuroni.

Acesta este motivul pentru care am început să depunem mult efort în corpul viermilor. Ceea ce avem până acum este o cuticule anatomic exacte, presurizate, care conține celule musculare contractibileși este umplut cu lichid asemănător gelatinei pentru a menține totul la locul lor. În paralel, am lucrat pentru a face creierul să funcționeze, iar în prezent efectuăm primele teste ale întregului C. rețea neuronală elegans (celebrul 302 neuroni).

Ne apropiem acum de punctul în care putem începe să conectăm creierul în corp și să vedem ce se întâmplă. Acest lucru nu înseamnă că viermele este „viu”, pentru că nu are organe și lipsește încă multe detalii biologice, dar ne va permite să închideți bucla pe sistemul motor, astfel încât să putem începe să experimentăm și să regăsim creierul și mușchii pentru a genera diferite tipuri de vierme locomoţie. Numai asta ne va ține ocupat o perioadă.

Există două tipuri diferite de provocări - provocări de cercetare și tehnice. Provocările cercetării sunt cele tipice oricărei întreprinderi științifice. Nu știți când vă veți bloca sau ce anume, dar o provocare evidentă aici este că, deși creierul este mapat și conexiunile dintre neuroni sunt cunoscute, noi încă nu știm foarte multe despre neuronii individuali înșiși și caracteristicile lor, ceea ce ne lasă cu multă muncă de făcut pentru a le regla bine - realizabil, dar greu și în timp consumatoare.

Acest lucru este dificil, deoarece animalul este foarte mic și până acum a fost imposibil să facă imagini in vivo ale creierului care trage. Din fericire, și aceasta este o veste foarte recentă, apar noi tehnici asta ne poate ajuta să umplem o parte din lacune.

În materie de inginerie, există multe provocări tehnice, dar aș spune că principala ar fi performanța simulării. Realizăm simularea pe GPU-uri și clustere, dar totuși este nevoie de mult timp pentru a simula; este multă muncă de făcut acolo.

Browser Worm Simulation

Muo: Una dintre recompensele Kickstarter pe care le-ați pus la dispoziția susținătorilor a fost accesul la o simulare parțială a viermei din browserul dvs., inclusiv musculatura. Pe măsură ce completați mai multe simulări (cum ar fi creierul), intenționați să faceți aceste elemente disponibile și în browser? Cât de intens va fi rularea simulării complete?

Giovanni: Da - aceasta este exact ideea. WormSim va fi o fereastră cu cea mai recentă simulare disponibilă. Odată ce facem progrese semnificative, cum ar fi conectarea a creier în simulare Geek cântărește: Un om crede mai repede decât un computer? Citeste mai mult , acest lucru va fi lansat în WormSim. Simularea va fi destul de intensă, dar arhitectura WormSim este în prezent decuplată de la aceasta, în simți că vom rula simularea pe infrastructura necesară (clustere GPU etc) și apoi vom stoca rezultate. Aceste rezultate vor fi transmise în flux către WormSim, astfel încât oamenii vor putea să scaneze înainte și înapoi în simulare, să utilizeze controale pentru camere 3D și să facă clic pe lucruri și să acceseze metadatele de simulare.

Pasii urmatori

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

Giovanni: Corect. Încercăm să ne construim planificarea tehnologiei pentru viitor și ne dorim motorul nostru sa fie un pic ca LEGOS pentru biologie computationala, in mod ideal, astfel incat dupa C. elegans nu trebuie să pornim de la zero, dar putem asambla un organism mai complex care să valorifice ceea ce am construit deja.

Candidații sunt lipiciul (10k neuroni) și fructul zboară sau peștii larve zebra (ambii în jur de 100 de neuroni). Nu este doar o chestiune de câți neuroni, ci și cât de bine studiat este un organism. Cu siguranță vor trece câțiva ani înainte să ne gândim chiar să abordăm alte organisme, dar dacă un alt grup ar fi dorit să începem cu oricare dintre aceste organisme, am fi bucuroși să mergem dincolo și dincolo pentru a ajuta în orice fel putem - toate instrumentele noastre sunt deschis.

Principala provocare este că pe măsură ce creierul unui organism devine din ce în ce mai mare, ca un șoarece cu cele 75 de milioane de neuroni, voi sunt mai degrabă forțați să lucreze cu populații decât cu circuite neuronale bine definite formate din cantități rezonabile de neuroni. „Închiderea buclei” devine ceva mai complicat. De asemenea, ai nevoie de mai mult puterea de calcul 10 moduri de a-ți dona timpul procesului științei Citeste mai mult , și facem ceva de genul în care încercăm cu C. elegans, simulare celulă-cu-celulă, nu se limitează la neuroni, este clar de neconceput. După ce ajungi la acel nivel macro, ești obligat să lucrezi cu ceva mai grosier. Dar se va întâmpla, fără îndoială!

Validare și testare

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

Giovanni: La fiecare nivel de granularitate, „testăm unitatea” componentele software cu rezultate experimentale. Datele experimentale sunt deja disponibile în mod deschis sau provin din laboratoare care decid să le doneze. Simulările neuronale trebuie să corespundă măsurătorilor experimentale asupra activității neuronale. Simulările mecanice pentru corpul viermei și mediul său trebuie să respecte legile fizicii.

Într-un mod similar, comportamentele macro ale viermului simulat (înot / târâre) vor trebui să urmeze observații 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 cantitativ asigurați-vă că viermele nostru se războiește la fel cu cel real, de îndată ce simularea noastră este gata să fie testat.

Aplicații de cercetare

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

Giovanni: Acest tip de simulare, atunci când este validat, ne-ar putea permite să efectuăm experimente pe 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 umană, așa că vorbim despre posibilitatea de a obține o perspectivă de jos în sus asupra bolilor ca Alzheimer, Parkinson și Huntington, doar pentru a numi câteva - și sperăm să accelerăm cura în consecință. Aceeași tehnologie ar putea fi folosită pentru a simula populațiile sănătoase sau bolnave de țesuturi umane doar încărcând diferite modele în motor.

Personal, sunt extrem de încântat de modul în care ceea ce facem ne-ar putea ajuta să înțelegem cum funcționează creierele la o scară foarte tractabilă. Imaginează-ți ce înseamnă dacă putem captura creierul unui vierme ca un set de parametri (care este devenind tot mai posibil cu noile tehnologii de imagistică) și alimentați aceiași parametri în cadrul nostru simulare. Acest lucru poate părea ca ficțiune științifică, dar amintirile au fost deja implantate în animale vii.

Ce înseamnă OpenWorm pentru tine

Tehnologia din spatele proiectului OpenWorm este interesantă pe mai multe niveluri. Tehnologia de a cartografia și simula creierul animalelor întregi are implicații profunde și în cele din urmă schimbătoare în lume pentru condiția umană.

La un nivel mai imediat, capacitatea de a experimenta pe animale simulate și de a studia bolile în mod meticulos, detaliile de calcul pot permite un tip de știință cu totul nou - experimente realizate, în masă, de computere, pe calculatoare. Tehnologia OpenWorm, adaptată la organisme mai mari, ne-ar putea permite să studiem bolile greu de înțeles precum schizofrenia și cancerul în moduri complet noi și interesante.

Ce vedeți obținerea rasei umane cu această tehnologie în zece ani? Cincizeci? Spuneți-ne în comentarii! Puteți urmări echipa OpenWorm pe www.openworm.org