Džovanni Idili no OpenWorm: smadzenes, tārpi un mākslīgais intelekts

Reklāma

Iedomājieties, ka jūs esat datora iztēles izdomājums. Jūsu smadzenes ir detalizēta datora simulācija - an mākslīgais intelekts 7 pārsteidzošas vietnes, lai redzētu jaunākās mākslīgā intelekta programmasMākslīgais intelekts vēl nav HAL no 2001. gada: Kosmosa odiseja…, bet mēs esam nokļuvuši šausmīgi tuvu. Protams, kādu dienu tas varētu būt līdzīgs sci-fi katliem, kurus izcēris Holivuda ... Lasīt vairāk kas savieno ar imitētām acīm un imitētiem muskuļiem un imitētiem nervu galiem, kas mijiedarbojas ar imitēto pasauli. Jūs domājat un jūtaties tieši tā, kā to darāt tagad, bet tā vietā, lai ieviestu pelēkā gaļā, jūsu prāts darbojas uz silīcija.

Šādi simulēt visas cilvēka smadzenes ir iespējams, bet drīzumā notiks atvērtā koda projekts būtisks pirmais solis, simulējot viena no vienkāršākajiem zināmajiem dzīvniekiem neiroloģiju un fizioloģiju zinātne. OpenWorm komanda, kas tikko pabeidza veiksmīgs Kickstarter, ir mēnešus prom no pilnīgas C simulācijas izveidošanas. elegans, vienkāršs nematodes tārps ar 302 neironiem. Imitētais tārps peldēs modelētā ūdenī, reaģēs uz imitētu stimulu un (ciktāl tāds vienkāršs organisms spēj) domāt.

Šajā intervijā mēs runāsim ar Džovanni Idili, projekta OpenWorm līdzdibinātāju, par viņu darbu mākslīgā intelekta jomā. OpenWorm komanda ir daudznacionāla inženieru komanda, kas vairākus gadus strādā pie tārpu simulācijas. Viņi sadarbojas, izmantojot failu apmaiņas rīkus, piemēram, Google disku un Dropbox, un viņu sanāksmes tiek publiski straumētas kā Google+ Hangout sesija.

Mākslīgā intelekta nākotne

MUO: Sveiks, Džovanni! Tas acīmredzami ir ļoti sarežģīts un izaicinošs projekts - vai jūs varētu raksturot līdz šim panākto progresu simulācijas jomā, un kas vēl ir jādara? Kādas, jūsuprāt, būs nozīmīgākās turpmākās problēmas?

Džovanni: Mēs esam daudz progresējuši tārpa ķermenī un apkārtējā vidē, kas pārstāvēs mūsu virtuālo Petri ēdienu. Mēs ticam iemiesojumam, kas nozīmē, ka bez vakuuma smadzenes vakuumā būtu mazāk interesantas imitēta vide - “tārpu matrica”, ja vēlaties -, ko smadzenes var piedzīvot ar maņu palīdzību neironi.

Tas ir iemesls, kāpēc mēs vispirms sākām ar lielu piepūli tārpa ķermenī. Tas, kas mums ir līdz šim, ir anatomiski precīza, paaugstināta spiediena kutikula, kas satur saraušanās muskuļu šūnas, un tas ir pildīts ar želatīnam līdzīgu šķidrumu, lai viss paliktu vietā. Paralēli mēs strādājām pie tā, lai smadzenes darbotos, un šobrīd mēs veicam pirmos testus par visu C. elegans neironu tīkls (slavenie 302 neironi).

Tagad mēs tuvojamies punktam, ka mēs varam sākt smadzenes iespraust ķermenī un redzēt, kas notiek. Tas nenozīmē, ka tārps ir “dzīvs”, jo tajā nav orgānu un joprojām trūkst daudz bioloģisku detaļu, taču tas mums ļaus aizveriet cilpu motorā sistēmā, lai mēs varētu sākt eksperimentēt un pielāgot smadzenes un muskuļus, lai radītu dažāda veida tārpus pārvietošanās. Tas vien mūs kādu laiku aizkavēs.

Pastāv divu veidu izaicinājumi - pētniecības izaicinājumi un tehniskie. Pētniecības izaicinājumi ir tie, kas raksturīgi jebkuram zinātniskam projektam. Jūs nezināt, kad iestrēgsit vai uz ko, bet viens acīmredzams izaicinājums šeit ir tas, ka, kaut arī smadzenes ir sakārtotas un savienojumi starp neironiem ir zināmi, mēs joprojām nezinām daudz par pašiem atsevišķiem neironiem un to īpašībām, kas mums prasa daudz darba, lai tos precīzi noregulētu - veicami, bet grūti un laika patērējot.

Tas ir grūti, jo dzīvnieks ir ļoti mazs, un līdz šim nav bijis iespējams veikt šaušanas smadzeņu attēlu in vivo. Par laimi, un šīs ir pavisam nesenas ziņas, tiek parādīti jauni paņēmieni kas mums varētu palīdzēt aizpildīt dažas nepilnības.

Inženierzinātņu jomā ir daudz tehnisku izaicinājumu, taču es teiktu, ka galvenais būtu simulācijas veiktspēja. Mēs veicam simulāciju GPU un klasteros, taču simulēšanai tas prasa daudz laika; tur ir daudz jāstrādā.

Pārlūka tārpa simulācija

MUO: Viens no Kickstarter atalgojumiem, ko jūs piešķīrāt saviem atbalstītājiem, bija piekļuve daļējai tārpa imitācijai jūsu pārlūkprogrammā, ieskaitot muskulatūru. Pabeidzot vairāk simulācijas (piemēram, smadzenes), vai plānojat šos elementus padarīt pieejamus arī pārlūkā? Cik intensīva būs pilnas simulācijas norise?

Džovanni: Jā - tieši tāda ir ideja. WormSim būs logs uz jaunāko pieejamo simulāciju. Tiklīdz mēs esam panākuši ievērojamu progresu, piemēram, pievienojot a smadzenes simulācijā Geeks sver: vai cilvēks domā ātrāk nekā dators? Lasīt vairāk , tas tiks izplatīts WormSim. Modelēšana būs diezgan intensīva, bet WormSim arhitektūra pašlaik ir atdalīta no tās nozīmē, ka mēs veiksim simulāciju vajadzīgajā infrastruktūrā (GPU klasteri utt.) un pēc tam saglabāsim rezultāti. Šie rezultāti tiks straumēti WormSim, tāpēc cilvēki simulācijā varēs skenēt uz priekšu un atpakaļ, izmantot 3D kameras vadības ierīces un noklikšķināt uz lietām un piekļūt simulācijas metadatiem.

Nākamie soļi

MUO: Kopš C. elegants ir tikai sākums pēc nematodēm, kāds ir nākamais solis? Kādas problēmas rodas starp nematodi un sarežģītāku organismu?

Džovanni: Pareizi. Mēs cenšamies veidot savu nākotnes tehnoloģiju plānošanu, un mēs to vēlamies mūsu dzinējs lai būtu mazliet kā LEGOS skaitļošanas bioloģijai, ideālā gadījumā, lai pēc C. elegances, mums nav jāsāk no nulles, bet mēs varam salikt sarežģītāku organismu, izmantojot to, ko mēs jau esam izveidojuši.

Kandidāti ir dēle (10k neironi) un augļu muša vai kāpuru zebrafish (abi ap 100k neironu). Nav svarīgi tikai tas, cik neironu ir, bet arī tas, cik labi ir izpētīts organisms. Noteikti paies daži gadi, pirms mēs pat varam domāt, kā cīnīties ar citiem organismiem, bet, ja vēl kāda cita grupa to vēlētos lai sāktu darbu ar kādu no šiem organismiem, mēs labprāt apmeklētu vairāk un vairāk, lai visādā ziņā palīdzētu - visi mūsu rīki ir atvērts.

Galvenais izaicinājums ir tas, ka tad, kad organisma smadzenes kļūst lielākas un lielākas, piemēram, pele ar 75 miljoniem neironu, jūs ir spiesti strādāt ar populācijām, nevis ar precīzi noteiktām neironu ķēdēm, kas sastāv no saprātīga daudzuma neironi. “Aizvērt cilpu” kļūst mazliet grūtāk. Arī jums ir nepieciešams vairāk skaitļošanas jauda 10 veidi, kā ziedot CPU laiku zinātnei Lasīt vairāk , un darot kaut ko līdzīgu tam, ko mēs mēģinām ar C. elegances, simbols katrā šūnā, kas neaprobežojas tikai ar neironiem, ir pilnīgi iedomājams. Kad esat nokļuvis šajā makro līmenī, jūs esat spiests strādāt ar kaut ko rupjāku. Bet tas notiks, bez šaubām!

Validācija un pārbaude

MUO: Tā kā jūsu izstrādātā programmatūra ir ļoti sarežģīta un ietver simulāciju daudzos līmeņos, kā jūs validējat savus modeļus, lai noteiktu panākumus? Vai ir testi, kurus vēlaties veikt, bet vēl neesat to varējis?

Džovanni: Katrā detalizācijas pakāpē mēs “pārbaudām” programmatūras komponentus ar eksperimentāliem rezultātiem. Eksperimentālie dati vai nu jau ir pieejami atklātā veidā, vai arī nāk no laboratorijām, kuras nolemj tos ziedot mums. Neironu modelēšanai jāsakrīt ar neironu aktivitātes eksperimentālajiem mērījumiem. Tārpa ķermeņa un tās vides mehāniskām simulācijām ir jāatbilst fizikas likumiem.

Līdzīgā veidā imitētā tārpa makro uzvedībai (peldēšanai / rāpošanai) būs jāievēro eksperimentāli novērojumi šajā līmenī. Patiesībā ir mūsu grupa kuri strādā pie tā, lai sagatavotu neticami daudz datu, lai mēs varētu kvantitatīvi pateikt pārliecinieties, ka mūsu tārps wigg tāpat kā īstais, tiklīdz mūsu simulācija ir gatava pārbaudīts.

Pētījumu pielietojumi

MUO: Kurš šāda veida simulācijas pielietojums jums ir visvairāk saistošs? Kādi ir šīs tehnoloģijas svarīgākie pielietojumi?

Džovanni: Šāda simulācija, ja tā ir validēta, varētu dot mums iespēju veikt eksperimentus ar datoru, nevis dzīviem dzīvniekiem. Tam ir acīmredzamas priekšrocības attiecībā uz eksperimentu reproducēšanu un milzīgo veicamo eksperimentu skaitu. C. elegans ir cilvēka slimību paraugorganisms, tāpēc mēs runājam par iespējamu augšupēju ieskatu slimībās piemēram, Alcheimera, Parkinsona un Hantingtona, tikai dažus nosaukt - un, cerams, paātrināsim to izārstēšanu. To pašu tehnoloģiju varētu izmantot, lai imitētu veselīgas vai slimas cilvēku audu populācijas, vienkārši ieliekot motorā dažādus modeļus.

Personīgi mani ārkārtīgi satrauc tas, kā tas, ko mēs darām, varētu mums palīdzēt saprast, kā smadzenes darbojas ļoti izsekojamā mērogā. Iedomājieties, ko nozīmē, ja mēs tvertnes smadzenes varam uztvert kā parametru kopu (kas ir kļūst arvien iespējams ar jaunām attēlveidošanas tehnoloģijām) un ievadiet tos pašus parametrus mūsu simulācija. Tas var izklausīties pēc zinātniskās fantastikas, bet atmiņas jau ir ievietotas dzīvos dzīvniekos.

Ko OpenWorm jums nozīmē

OpenWorm projekta tehnoloģija ir aizraujoša daudzos līmeņos. Veselu dzīvnieku smadzeņu kartēšanas un imitēšanas tehnoloģijai ir dziļa un galu galā pasauli ietekmējoša ietekme uz cilvēka stāvokli.

Tiešākā līmenī spēja eksperimentēt ar imitētiem dzīvniekiem un sīki izpētīt slimības, skaitļošanas detaļas var dot iespēju pilnīgi jauna veida zinātnei - eksperimentiem, kurus masveidā veic datori, datoros. OpenWorm tehnoloģija, kas palielināta līdz lielākiem organismiem, varētu ļaut mums izpētīt grūti uztveramās slimības, piemēram, šizofrēniju un vēzi, pilnīgi jaunos un aizraujošos veidos.

Ko jūs redzat, kā desmit gadu laikā cilvēku panāk ar šo tehnoloģiju? Piecdesmit? Paziņojiet mums komentāros! Jūs varat sekot līdzi OpenWorm komandai vietnē www.openworm.org