Giovanni Idili iz mozga, crva i umjetne inteligencije OpenWorm

Zamislite da ste plod mašte vašeg računala. Vaš mozak je detaljna računalna simulacija - umjetna inteligencija 7 nevjerojatnih web stranica da biste vidjeli najnovije u programiranju umjetne inteligencije 7 zadivljujućih web stranica da biste vidjeli najnovije u programiranju umjetne inteligencije Umjetna inteligencija još nije HAL iz 2001.: Svemirska odiseja ... ali mi smo približavajući se strašno. Svakako, jednog dana moglo bi biti slično onom znanstveno-fantastičnih potpelera koje je izbio Hollywood ... koji se povezuje s simuliranim očima i simuliranim mišićima i simuliranim živčanim završetcima, koji djeluju u simuliranom svijetu. Razmišljate i osjećate se točno kao i sada, ali umjesto da se implementira u sivo meso, vaš um trči na silikon.

Simulacija čitavog ljudskog mozga poput ovog je izuzetan put, ali projekt otvorenog koda uskoro će poduzeti važan prvi korak, simulirajući neurologiju i fiziologiju jedne od najjednostavnijih životinja poznatih nauci. Tim OpenWorma, koji je upravo završio uspješan Kickstarter, nekoliko je mjeseci udaljen od izgradnje potpune simulacije C. elegans, jednostavnog crva s nematodom s 302 neurona. Simulirani crv će plivati ​​u simuliranoj vodi, reagirati na simulirani podražaj i (u mjeri u kojoj takav jednostavan organizam može), misliti.

U ovom ćemo razgovoru razgovarati s Giovannijem Idilijem, suosnivačem projekta OpenWorm, o njihovom radu na umjetnoj inteligenciji. OpenWorm tim je višenacionalni tim inženjera, koji na simulaciji crva radi 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

Giovanni Idili

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 simuliranog okruženja - the “crv matrica” ako hoćete - mozak može doživjeti putem svojih osjetnih neurona.

To je razlog zašto smo prvo uložili puno truda u crva. Dosad smo anatomsko precizni, pod pritiskom kutikule koje sadrže kontraktibilne mišićne stanice, a napunjene su želatinom sličnom tekućinom da sve ostane na mjestu. Paralelno smo radili na tome da se mozak pokrene i trenutno izvodimo prve testove čitave neuronske mreže C. elegans (poznatih 302 neurona).

Sada se približavamo točki da možemo početi uključivati ​​mozak u tijelo i vidjeti što se događa. To ne znači da je crv “živ”, jer nema organa i još uvijek nedostaje puno bioloških detalja, ali to će nam omogućiti da zatvorimo petlju na motornom sustavu, tako da možemo započeti eksperimentirati i trzati mozak i mišiće kako bismo stvorili različite vrste crvične lokomocije , 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 u čemu, ali jedan je očigledan izazov da iako je mozak preslikan i veze između neurona poznate, mi i dalje ne znamo puno o pojedinim neuronima i njihove karakteristike, što nam ostavlja puno posla da ih precizno prilagodimo - izvedivo, ali naporno i dugotrajno.

To je teško jer je životinja vrlo mala i dosad je bilo nemoguće napraviti in vivo snimanje vatrenog mozga. Srećom, a ovo su najnovije vijesti, pojavljuju se nove tehnike koje će nam pomoći da popunimo neke praznine.

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

Simulacija crvenog preglednika

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 intenzivna biti puna simulacija?

Giovanni: Da - upravo je to ideja. WormSim će biti prozor u najnoviju dostupnu simulaciju. Jednom kada postignemo značajan napredak, poput uključivanja mozga u simulaciju Geeks vaga: Da li čovjek misli brže od računala? Geeksi teže: Da li čovjek misli brže od računala? , ovo će biti predstavljeno WormSimu. Simulacija će biti prilično intenzivna, ali WormSim arhitektura je trenutno odvojena od toga, u smislu da ćemo pokrenuti simulaciju potrebne infrastrukture (GPU klasteri itd.) I pohraniti rezultate. Ti će se rezultati pretočiti u WormSim, tako da će ljudi moći skenirati naprijed i natrag u simulaciji, koristiti 3D kontrole kamera i kliknuti na stvari i pristupiti metapodacima simulacije.

Sljedeći koraci

MUO: Budući da je C. elegans 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 želimo da naš motor bude pomalo sličan LEGOS-u za računsku biologiju, u idealnom slučaju da nakon C. elegansa ne moramo početi ispočetka, ali možemo sastaviti više složeni 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 bi neka druga grupa htjela započeti s bilo kojim od tih organizama, rado ćemo ići gore i dalje kako bismo pomogli na bilo koji način - svi su nam alati otvoreni.

Glavni izazov je da, kako mozak organizma postaje sve veći i veći, poput miša sa svojih 75 milijuna neurona, nekako ste prisiljeni raditi s populacijom, a ne s dobro definiranim neuronskim krugovima sastavljenim od razumne količine neurona. “Zatvaranje petlje” postaje malo zamršeniji. Također vam treba više računske snage 10 načina da donirate svoj procesor vremena znanosti 10 načina da donirate vrijeme svog procesora znanosti, a radite nešto poput onoga što pokušavamo s C. eleganima, simulacija stanica po ćelija koja nije ograničena na neurone, jest potpuno nezamislivo. Kad jednom dođete do te makro razine, prisiljeni ste raditi s nečim grubljim. Ali to će se dogoditi, bez sumnje!

Validacija i testiranje

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

Giovanni: Na svakoj razini granularnosti mi “jedinica test” naše softverske komponente prema eksperimentalnim rezultatima. 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 skupina nas koja radi na pripremi nevjerojatne količine podataka, tako da možemo kvantitativno reći da je naš crv vijugav isti kao pravi čim je naša simulacija spremna za testiranje..

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. elegans je uzorni organizam za ljudske bolesti, pa govorimo o eventualnom stjecanju uvida odozdo prema gore na bolesti poput Alzheimerove, Parkinsonove i Huntington-ove, samo da ih nabrojimo - i nadamo 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 s novim tehnologijama oslikavanja sve više moguće) i te iste parametre ubaciti u našu simulaciju. 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 cijelih životinja ima duboke i vremenski znatne posljedice za ljudsko stanje.

Na neposrednijoj razini, mogućnost eksperimentiranja na simuliranim životinjama i proučavanje bolesti detaljnim računalom detaljima može 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.