Giovanni Idili iz OpenWorma: Možgani, črvi in ​​umetna inteligenca

Oglas

Predstavljajte si, da ste plod domišljije računalnika. V vaših možganih je podrobna računalniška simulacija umetna inteligenca 7 neverjetnih spletnih mest, če si želite ogledati najnovejše v programiranju umetne inteligenceUmetna inteligenca še ni HAL iz leta 2001: Vesoljska odiseja..., vendar se že zelo približujemo. Seveda, nekega dne bi lahko bilo podobno znanstveno-fantastičnim potnirkam, ki jih je izstrelil Hollywood ... Preberi več ki se povezuje s simuliranimi očmi in simuliranimi mišicami in simuliranimi živčnimi končnicami, ki delujejo na simuliran svet. Razmišljate in čutite natanko tako kot zdaj, toda namesto, da bi se izvajali v sivem mesu, vaš um teče na silicij.

Simulacija celotnih človeških možganov, kot je ta, je nekaj poti, toda projekt z odprto kodo bo kmalu potreben prvi korak s simuliranjem nevrologije in fiziologije ene najpreprostejših živali, ki je znana znanost. The Ekipa OpenWorm, ki se je pravkar zaključila uspešen Kickstarter, je nekaj mesecev od izdelave popolne simulacije C. eleganci, preprost črv ogorčic s 302 nevroni. Simulirani črv bo plaval v simulirani vodi, reagiral na simuliran dražljaj in (kolikor lahko tako preprost organizem) razmišlja.

V tem intervjuju se bomo z Giovannijem Idilijem, soustanoviteljem projekta OpenWorm, pogovarjali o njihovem delu na področju umetne inteligence. Ekipa OpenWorm je večnacionalna skupina inženirjev, ki se na simulaciji črvov ukvarja že več let. Za sodelovanje uporabljajo orodja za skupno rabo datotek, kot sta Google Drive in Dropbox, njihovi sestanki pa se javno pretakajo kot Google+ Hangout.

Prihodnost umetne inteligence

MUO: Živjo Giovanni! To je očitno zelo kompleksen in zahteven projekt - ali bi lahko opisali napredek, ki ste ga dosegli v simulaciji doslej, in kaj vam preostane? Kateri bodo po vašem mnenju najbolj pomembni izzivi za naprej?

Giovanni: Veliko smo napredovali na telesu glista in okolju, ki bo predstavljalo našo virtualno petrijevo posodo. Verjamemo v utelešenje, kar pomeni, da bi bili možgani v vakuumu manj zanimivi brez simulirano okolje - "matriks črvov", če hočete -, kar lahko možgani doživijo s svojim čutom nevroni.

Zato smo začeli s trudom najprej vložiti veliko truda. To, kar smo doslej, je anatomsko natančna, stisnjena kutikula, ki vsebuje kontraktibilne mišične celicein je polnjena z želatino podobno tekočino, da ohrani vse na svojem mestu. Vzporedno smo delali na tem, da se možgani zaženejo in trenutno izvajamo prve teste celotnega C. elegansko nevronsko mrežo (znanih 302 nevronov).

Zdaj se približujemo točki, da lahko začnemo vtirati možgane v telo in vidimo, kaj se zgodi. To ne bo pomenilo, da je črv "živ", saj nima organov in še vedno manjka veliko bioloških podrobnosti, vendar nam bo omogočilo, da zaprite zanko na motornem sistemu, tako da lahko začnemo eksperimentirati in prepletati možgane in mišice, da bi ustvarili različne vrste črvov lokomotiva. Samo to nas bo še nekaj časa zaposlilo.

Obstajata dve različni vrsti izzivov - raziskovalni in tehnični. Raziskovalni izzivi so tisti, ki so značilni za vsak znanstveni podvig. Ne veste, kdaj se boste zataknili ali kaj, toda en očiten izziv je, da čeprav so možgani preslikani in so povezave med nevroni znane, še vedno ne vemo veliko o samih posameznih nevronih in njihovih značilnostih, zaradi česar imamo veliko dela, da jih natančno prilagodimo - izvedljivo, a težko in časovno uživanje.

To je težko, ker je žival zelo majhna in doslej je bilo nemogoče narediti in vivo slikanje strelnih možganov. Na srečo in to so zelo novejše novice, nove tehnike se pojavljajo ki nam lahko pomagajo zapolniti nekatere vrzeli.

Na področju inženiringa je veliko tehničnih izzivov, vendar bi rekel, da bi bil glavni simulacija izvedba simulacije. Simulacijo izvajamo na GPU-jih in grozdih, vendar še vedno potrebuje veliko časa za simulacijo; tam je treba veliko delati.

Simulacija črvi brskalnika

MUO: Ena od nagrad na Kickstarterju, ki ste jo dali na voljo svojim podpornikom, je bil dostop do delne simulacije glista v vašem brskalniku, vključno z muskulaturo. Ko končate več simulacije (kot so možgani), ali nameravate te elemente omogočiti tudi v brskalniku? Kako intenzivno bo potekala popolna simulacija?

Giovanni: Da - ravno to je ideja. WormSim bo okno v najnovejšo razpoložljivo simulacijo. Ko dosežemo nekaj pomembnega napredka, kot je priključitev a možgani v simulacijo Geeksi tehtajo: Ali človek misli hitreje kot računalnik? Preberi več , to bo predstavljeno WormSimu. Simulacija bo precej intenzivna, vendar je WormSim arhitektura trenutno ločena od tistega v smiselno je, da bomo simulacijo izvedli na potrebni infrastrukturi (GPU gruče itd.) in nato shranili rezultati. Ti rezultati bodo pretočeni v WormSim, tako da bodo ljudje lahko med simulacijo skenirali naprej in nazaj, uporabljali nadzor 3D kamere in kliknili na stvari ter dostopali do metapodatkov o simulaciji.

Naslednji koraki

MUO: Od C. elegans je šele začetek, po ogorčicah, kaj je naslednji korak? Kakšni izzivi se pojavljajo med ogorčico in kompleksnejšim organizmom?

Giovanni: Pravilno. Svoje tehnološko načrtovanje poskušamo graditi za prihodnost in hočemo naš motor biti nekoliko podoben LEGOS-u za računalniško biologijo, v idealnem primeru, tako da po C. eleganov, ki jih ni treba začeti iz nič, lahko pa sestavimo bolj zapleten organizem, ki izkorišča to, kar smo že zgradili.

Kandidati so pijavka (10 k nevronov) in sadna muha ali ličinka zebra (oba približno 100 k nevronov). Ne gre samo za to, koliko nevronov je, ampak tudi, kako dobro je raziskan organizem. Zagotovo bo minilo kar nekaj let, preden sploh pomislimo na boj proti drugim organizmom, če pa bi si želela kakšna druga skupina da začnemo s katerim od teh organizmov, bomo z veseljem šli zgoraj in naprej, da bi nam pomagali na kakršen koli način - vsa naša orodja so odprto.

Glavni izziv je, da ko postanejo možgani organizma večji in večji, kot miška s svojimi 75 milijoni nevronov, tudi vi so nekako prisiljeni delati s populacijo in ne z dobro opredeljenimi nevronskimi vezji, sestavljenimi iz razumnih količin nevroni. "Zapiranje zanke" postane nekoliko bolj zapleteno. Potrebujete tudi več računska moč 10 načinov za donacijo vašega CPU časa za znanost Preberi več in naredili nekaj podobnega, kot to poskušamo s C. eleganov, simulacija celic po celica, ki ni omejena na nevrone, je povsem nepredstavljiva. Ko pridete do te makro ravni, boste prisiljeni sodelovati z nečim bolj grobo zrnatim. Toda brez dvoma se bo zgodilo!

Validacija in testiranje

MUO: Glede na to, da je programska oprema, ki jo razvijate, zelo zapletena in vključuje simulacijo na več ravneh, kako preverite svoje modele, da določite uspeh? Obstajajo preizkusi, ki jih želite opraviti, a jih še niste mogli?

Giovanni: Na vsaki ravni zrnatosti testiramo svoje komponente programske opreme glede na eksperimentalne rezultate. Eksperimentalni podatki so že na voljo na prostem ali prihajajo iz laboratorijev, ki se odločijo, da jih bodo podarili nam. Nevronske simulacije morajo ustrezati eksperimentalnim meritvam nevronske aktivnosti. Mehanske simulacije za telo črva in njegovo okolje morajo upoštevati zakone fizike.

Na podoben način bodo morala makro vedenja simuliranega črva (plavanje / plazenje) slediti eksperimentalnim opazovanjem na tej ravni. V resnici je skupina nas ki delajo na pripravi neverjetne količine podatkov, da lahko kvantitativno rečemo prepričan je, da se naš črv vijuga enako kot pravi, takoj ko je naša simulacija pripravljena preizkušen.

Uporaba raziskav

MUO: Katera uporaba te vrste simulacije vas najbolj navdušuje? Katere so najpomembnejše uporabe te tehnologije naprej?

Giovanni: Takšna simulacija bi nam, ko smo jo potrdili, lahko omogočila izvajanje eksperimentov na računalniku namesto na živih živalih. To ima očitne prednosti v smislu reprodukcije eksperimentov in velikega števila poskusov, ki jih je mogoče izvesti. C. elegans je vzorčni organizem za človeške bolezni, zato govorimo o morebitnem pridobivanju vpogleda v bolezni od spodaj navzgor kot so Alzheimerjeva, Parkinsonova in Huntingtonova, če naštejem le nekaj - in upajmo, da bi pospešili zdravljenje kot posledico. Ista tehnologija bi se lahko uporabila za simulacijo zdrave ali obolele populacije človeških tkiv samo z nalaganjem različnih modelov v motor.

Osebno sem izjemno navdušen nad tem, kako bi nam lahko to, kar počnemo, pomagalo razumeti, kako možgani delujejo na zelo sledljivi ravni. Samo predstavljajte si, kaj pomeni, če lahko zajamemo možgane črva kot niz parametrov (kar je postajajo vse bolj mogoči z novimi tehnologijami za slikanje) in te iste parametre vnašamo v naše simulacija. To se morda sliši kot znanstvena fantastika, toda spomini so že vtisnjeni v žive živali.

Kaj pomeni OpenWorm za vas

Tehnologija projekta OpenWorm je na mnogih ravneh navdušujoča. Tehnologija za kartiranje in simuliranje možganov celih živali ima globoke in sčasoma posledice za človeško stanje.

Na bolj neposredni ravni je sposobnost eksperimentiranja na simuliranih živalih in proučevanje bolezni pri natančnem, Računalniške podrobnosti morda omogočajo povsem novo vrsto znanosti - eksperimenti, ki jih množično izvajajo računalniki, na računalnikih. Tehnologija OpenWorm, razširjena na večje organizme, bi nam lahko omogočila preučevanje težko razumljivih bolezni, kot sta shizofrenija in rak, na povsem nove in vznemirljive načine.

Kaj vidite, da je človeška rasa s to tehnologijo dosegla v desetih letih? Petdeset? Sporočite nam v komentarjih! Ekipo OpenWorm lahko spremljate na www.openworm.org