Giovanni Idili του OpenWorm: Εγκέφαλοι, σκουλήκια και τεχνητή νοημοσύνη

Διαφήμιση

Φανταστείτε ότι είστε φαντασίωση της φαντασίας του υπολογιστή σας. Το μυαλό σας είναι μια λεπτομερής προσομοίωση του υπολογιστή - ένα τεχνητή νοημοσύνη 7 εκπληκτικές ιστοσελίδες για να δείτε τις τελευταίες στον προγραμματισμό τεχνητής νοημοσύνηςΗ Τεχνητή Νοημοσύνη δεν είναι ακόμη HAL από το 2001: Η Διαστημική Οδύσσεια... αλλά παίρνουμε τρομερά κοντά. Σίγουρα, μια μέρα θα μπορούσε να είναι το ίδιο παρόμοιο με το sci-fi potboilers που χύνεται από το Χόλιγουντ ... Διαβάστε περισσότερα που συνδέεται με προσομοιωμένα μάτια και προσομοιωμένους μύες και προσομοιωμένες νευρικές απολήξεις, οι οποίες αλληλεπιδρούν με έναν προσομοιωμένο κόσμο. Σκέφτεστε και νιώστε ακριβώς όπως κάνετε τώρα, αλλά αντί να εφαρμοστεί σε γκρίζο κρέας, το μυαλό σας τρέχει σε πυρίτιο.

Η προσομοίωση ενός ολόκληρου ανθρώπινου εγκεφάλου σαν αυτό είναι ένας τρόπος μακριά, αλλά ένα έργο ανοιχτού κώδικα πρόκειται να πάρει ένα ένα ζωτικό πρώτο βήμα, με προσομοίωση της νευρολογίας και της φυσιολογίας ενός από τα πιο απλά ζώα που είναι γνωστά επιστήμη. ο

OpenWorm ομάδα, η οποία μόλις ολοκληρώθηκε ένα επιτυχημένο Kickstarter, είναι μήνες μακριά από την κατασκευή μιας πλήρους προσομοίωσης του C. elegans, ένα απλό σκουλήκι νηματωδών με 302 νευρώνες. Το προσομοιωμένο σκουλήκι θα κολυμπήσει σε προσομοιωμένο νερό, θα αντιδράσει σε προσομοιωμένα ερεθίσματα και, (στο βαθμό που αυτός ο απλός οργανισμός μπορεί), σκέφτονται.

Σε αυτή τη συνέντευξη, θα μιλήσουμε με τον Giovanni Idili, τον συνιδρυτή του προγράμματος OpenWorm, για το έργο τους στην τεχνητή νοημοσύνη. Η ομάδα OpenWorm είναι μια πολυεθνική ομάδα μηχανικών, οι οποίοι εργάζονται εδώ και πολλά χρόνια για την προσομοίωση των σκουληκιών. Χρησιμοποιούν εργαλεία κοινής χρήσης αρχείων, όπως το Google Drive και το Dropbox, για να συνεργαστούν και οι συναντήσεις τους προβάλλονται δημόσια ως Hangout του Google+.

Το μέλλον της τεχνητής νοημοσύνης

MUO: Γεια Τζιοβάνι! Πρόκειται προφανώς για ένα πολύ περίπλοκο και προκλητικό εγχείρημα - θα μπορούσατε να περιγράψετε την πρόοδο που έχετε επιτύχει μέχρι στιγμής στην προσομοίωση και τι πρέπει να κάνετε; Τι πιστεύετε ότι θα είναι οι σημαντικότερες προκλήσεις που προχωρούν;

Τζιοβάνι: Έχουμε σημειώσει μεγάλη πρόοδο στο σώμα του σκουληκιού και στο περιβάλλον που θα αντιπροσωπεύει το εικονικό πιάτο Petri. Πιστεύουμε στην ενσάρκωση, που σημαίνει ότι ένας εγκέφαλος σε κενό θα ήταν λιγότερο ενδιαφέρουσα χωρίς ένα προσομοιωμένο περιβάλλον - το "σκουλήκι μήτρα" αν θέλετε - που ο εγκέφαλος μπορεί να βιώσει μέσω του αισθητήριου του νευρώνες.

Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο αρχίσαμε με την άσκηση πολλών προσπαθειών στο σώμα σκουληκιών πρώτα. Αυτό που έχουμε μέχρι στιγμής είναι μια ανατομικά ακριβής, πεπιεσμένη επιδερμίδα που περιέχει συστελλόμενα μυϊκά κύτταρα, και γεμίζει με υγρό που μοιάζει με ζελατίνη για να κρατήσει τα πάντα στη θέση του. Παράλληλα, εργαζόμαστε για τη λειτουργία του εγκεφάλου και εκτελούμε τις πρώτες δοκιμές ολόκληρου του C. elegans νευρωνικό δίκτυο (οι διάσημοι 302 νευρώνες).

Τώρα πλησιάζουμε το σημείο που μπορούμε να ξεκινήσουμε να συνδέουμε τον εγκέφαλο στο σώμα και να δούμε τι συμβαίνει. Αυτό δεν σημαίνει ότι ο σκώληκας είναι "ζωντανός", επειδή δεν διαθέτει όργανα και πολλά βιολογικά στοιχεία ακόμα λείπουν, αλλά θα μας επιτρέψει να κλείστε το βρόχο στο σύστημα κινητήρα, ώστε να αρχίσουμε να πειραματίζουμε και να τροποποιούμε τον εγκέφαλο και τους μυς για να παράγουμε διάφορα είδη σκουληκιών μετακίνηση. Αυτό μόνο θα μας κρατήσει απασχολημένος για λίγο.

Υπάρχουν δύο διαφορετικές προκλήσεις - οι ερευνητικές προκλήσεις και οι τεχνικές. Οι ερευνητικές προκλήσεις είναι αυτές που είναι τυπικές για κάθε επιστημονική επιχείρηση. Δεν ξέρετε πότε θα κολλήσετε ή σε τι, αλλά μια προφανής πρόκληση εδώ είναι ότι παρόλο που ο εγκέφαλος χαρτογραφείται και οι σχέσεις μεταξύ των νευρώνων είναι γνωστές, εμείς ακόμα δεν γνωρίζουμε πολλά για τους ίδιους τους νευρώνες και τα χαρακτηριστικά τους, τα οποία μας αφήνουν να κάνουμε πολλή δουλειά για να τα ρυθμίσουμε - εφικτά αλλά σκληρά και με το χρόνο καταναλώνουν.

Αυτό είναι δύσκολο, διότι το ζώο είναι πολύ μικρό και μέχρι στιγμής ήταν αδύνατον να γίνει in νίνο απεικόνιση του εγκεφάλου πυροδότησης. Ευτυχώς, και αυτό είναι πολύ πρόσφατα νέα, εμφανίζονται νέες τεχνικές που μπορεί να μας βοηθήσει να γεμίσουμε μερικά από τα κενά.

Από την άποψη της μηχανικής, υπάρχουν πολλές τεχνικές προκλήσεις, αλλά θα έλεγα ότι το κύριο θα ήταν η απόδοση της προσομοίωσης. Εκτελούμε την προσομοίωση σε GPUs και clusters, αλλά χρειάζεται πολύς χρόνος για να προσομοιώσουμε. υπάρχει πολλή δουλειά να κάνουμε εκεί.

Προσομοίωση προγράμματος περιήγησης σκουληκιών

MUO: Μία από τις ανταμοιβές του Kickstarter που δώσατε στους υποστηρικτές σας ήταν η πρόσβαση σε μερική προσομοίωση του σκουληκιού στο πρόγραμμα περιήγησης, συμπεριλαμβανομένου του μυός. Καθώς ολοκληρώνετε περισσότερο από την προσομοίωση (όπως ο εγκέφαλος), σκοπεύετε να κάνετε αυτά τα στοιχεία διαθέσιμα και στο πρόγραμμα περιήγησης; Πόσο εντατική θα είναι η πλήρης προσομοίωση;

Τζιοβάνι: Ναι - αυτή είναι ακριβώς η ιδέα. Το WormSim θα είναι ένα παράθυρο στην τελευταία διαθέσιμη προσομοίωση. Μόλις πραγματοποιήσουμε κάποια σημαντική πρόοδο, όπως την σύνδεση ενός εγκεφάλου στην προσομοίωση Geeks Ζυγίζονται: Μήπως ένας άνθρωπος σκέφτεται πιο γρήγορα από έναν υπολογιστή; Διαβάστε περισσότερα , αυτό θα μεταφερθεί στο WormSim. Η προσομοίωση θα είναι αρκετά εντατική, αλλά η αρχιτεκτονική WormSim αποσυνδέεται επί του παρόντος από αυτήν, στο ότι θα τρέξουμε την προσομοίωση στην απαραίτητη υποδομή (συμπλέγματα GPU κ.λπ.) και στη συνέχεια θα αποθηκεύσουμε Αποτελέσματα. Αυτά τα αποτελέσματα θα μεταδοθούν στο WormSim, έτσι ώστε οι χρήστες να μπορούν να σαρώσουν εμπρός και πίσω στη προσομοίωση, να χρησιμοποιήσουν τα στοιχεία ελέγχου κάμερας 3D και να κάνουν κλικ σε πράγματα και να έχουν πρόσβαση σε μεταδεδομένα προσομοίωσης.

Επόμενα βήματα

MUO: Δεδομένου ότι η C. elegans είναι μόνο η αρχή, μετά από νηματώδη, ποιο είναι το επόμενο βήμα; Ποιες είναι οι προκλήσεις μεταξύ του νηματώδους και ενός πιο περίπλοκου οργανισμού;

Τζιοβάνι: Σωστός. Προσπαθούμε να οικοδομήσουμε τον τεχνολογικό μας σχεδιασμό για το μέλλον και θέλουμε κινητήρα μας να είναι λίγο σαν το LEGOS για υπολογιστική βιολογία, ιδανικά, έτσι ώστε μετά από C. elegans δεν πρέπει να ξεκινήσουμε από το μηδέν, αλλά μπορούμε να συγκεντρώσουμε έναν πιο πολύπλοκο οργανισμό αξιοποιώντας αυτό που έχουμε ήδη χτίσει.

Οι υποψήφιοι είναι η βδέλλα (10k νευρώνες) και η μύγα φρούτων ή η ζούμπρα των προνυμφών (και οι δύο περίπου 100k νευρώνες). Δεν είναι μόνο θέμα πόσων νευρώνων, αλλά και πόσο καλά μελετήθηκε ένας οργανισμός. Είναι βέβαιο ότι θα είναι αρκετά χρόνια πριν μπορέσουμε ακόμη να σκεφτούμε να αντιμετωπίσουμε άλλους οργανισμούς, αλλά αν κάποια άλλη ομάδα ήθελε για να ξεκινήσετε σε οποιονδήποτε από αυτούς τους οργανισμούς, είμαστε ευτυχείς να πάμε πάνω και πέρα ​​για να βοηθήσουμε με οποιονδήποτε τρόπο μπορούμε - όλα τα εργαλεία μας είναι Άνοιξε.

Η κύρια πρόκληση είναι ότι καθώς ο εγκέφαλος ενός οργανισμού μεγαλώνει και μεγαλώνει, όπως ένα ποντίκι με τους 75 εκατομμύρια νευρώνες, είναι αναγκασμένοι να δουλεύουν με πληθυσμούς και όχι με καλά καθορισμένα νευρωνικά κυκλώματα αποτελούμενα από εύλογες ποσότητες νευρώνες. Το "κλείσιμο του βρόχου" γίνεται λίγο πιο δύσκολο. Επίσης, χρειάζεστε περισσότερα υπολογιστική ισχύ 10 τρόποι να δωρίσετε το χρόνο CPU σας στην επιστήμη Διαβάστε περισσότερα , και να κάνουμε κάτι σαν αυτό που προσπαθούμε με C. elegans, η προσομοίωση κυψέλης ανά κύτταρο δεν περιορίζεται σε νευρώνες, είναι εντελώς αδιανόητη. Μόλις φτάσετε σε αυτό το μακροοικονομικό επίπεδο, αναγκάζεστε να εργαστείτε με κάτι πιο χονδροειδές. Αλλά πρόκειται να συμβεί, χωρίς αμφιβολία!

Επικύρωση και δοκιμή

MUO: Δεδομένου ότι το λογισμικό που αναπτύσσετε είναι πολύ περίπλοκο και περιλαμβάνει προσομοίωση σε πολλά επίπεδα, πώς επικυρώνετε τα μοντέλα σας για να προσδιορίσετε την επιτυχία; Υπάρχουν δοκιμές που θέλετε να εκτελέσετε, αλλά δεν έχετε ακόμα τη δυνατότητα;

Τζιοβάνι: Σε κάθε επίπεδο λεπτομέρειας εξετάζουμε τα συστατικά μας λογισμικού ενάντια στα πειραματικά αποτελέσματα. Τα πειραματικά δεδομένα είτε είναι ήδη διαθέσιμα στην ύπαιθρο, είτε προέρχονται από εργαστήρια που αποφασίζουν να τα δωρίσουν σε εμάς. Οι νευρωνικές προσομοιώσεις πρέπει να ταιριάζουν με τις πειραματικές μετρήσεις της νευρωνικής δραστηριότητας. Οι μηχανικές προσομοιώσεις για το σώμα του σκουληκιού και το περιβάλλον του πρέπει να ακολουθούν τους νόμους της φυσικής.

Κατά παρόμοιο τρόπο, οι μακροσκοπικές συμπεριφορές του προσομοιωμένου σκουλήκι (κολύμπι / crawling) θα πρέπει να ακολουθήσουν πειραματικές παρατηρήσεις σε αυτό το επίπεδο. Υπάρχει πράγματι μια ομάδα μας οι οποίοι εργάζονται για να ετοιμάσουν ένα απίστευτο ποσό δεδομένων ώστε να μπορέσουμε να το πούμε ποσοτικά σιγουρευτείτε ότι το σκουλήκι μας τρέχει το ίδιο με το πραγματικό μόλις η προσομοίωση μας είναι έτοιμη να είναι δοκιμαστεί.

Εφαρμογές της έρευνας

MUO: Ποια εφαρμογή αυτού του είδους προσομοίωσης είναι πιο συναρπαστική για εσάς; Ποιες είναι οι σημαντικότερες χρήσεις αυτής της τεχνολογίας;

Τζιοβάνι: Αυτό το είδος προσομοίωσης, όταν επικυρωθεί, θα μπορούσε να μας επιτρέψει να διεξάγουμε πειράματα σε έναν υπολογιστή αντί για τα ζωντανά ζώα. Αυτό έχει προφανή πλεονεκτήματα όσον αφορά την αναπαραγωγή πειραμάτων και τον τεράστιο αριθμό πειραμάτων που μπορούν να διεξαχθούν. ΝΤΟ. το elegans είναι ένας πρότυπος οργανισμός για την ανθρώπινη ασθένεια, οπότε μιλάμε για ενδεχόμενη απόκτηση γνώσης από κάτω προς τα πάνω σε ασθένειες όπως το Αλτσχάιμερ, το Πάρκινσον και το Χάντινγκτον, για να αναφέρουμε μόνο λίγες - και ελπίζουμε να επιταχύνουμε τη θεραπεία ως συνέπεια. Η ίδια τεχνολογία θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την προσομοίωση υγιών ή νοσούντων πληθυσμών ανθρώπινων ιστών μόνο με τη φόρτωση διαφορετικών μοντέλων στον κινητήρα.

Προσωπικά, είμαι εξαιρετικά ενθουσιασμένος από το πώς αυτό που κάνουμε θα μπορούσε να μας βοηθήσει να καταλάβουμε πώς οι εγκέφαλοι δουλεύουν σε μια πολύ τραχεία κλίμακα. Απλά φανταστείτε τι σημαίνει αν μπορούμε να συλλάβουμε τον εγκέφαλο ενός σκουληκιού ως σύνολο παραμέτρων (δηλαδή καθίσταται όλο και πιο δυνατή με νέες τεχνολογίες απεικόνισης) και να τροφοδοτούν τις ίδιες παραμέτρους με μας προσομοίωση. Αυτό μπορεί να ακούγεται σαν επιστημονική φαντασία, αλλά μνήμες έχουν ήδη εμφυτευτεί σε ζωντανά ζώα.

Τι σημαίνει OpenWorm για εσάς

Η τεχνολογία πίσω από το πρόγραμμα OpenWorm είναι συναρπαστική σε πολλά επίπεδα. Η τεχνολογία χαρτογράφησης και προσομοίωσης του εγκεφάλου ολόκληρων ζώων έχει βαθιές και τελικά μεταβαλλόμενες συνέπειες για την ανθρώπινη κατάσταση.

Σε ένα πιο άμεσο επίπεδο, η δυνατότητα πειραματισμού σε προσομοιωμένα ζώα και ασθένειες μελέτης σε σχολαστική, η υπολογιστική λεπτομέρεια μπορεί να επιτρέψει ένα εντελώς νέο είδος επιστήμης - πειράματα που εκτελούνται, μαζικά, από ηλεκτρονικούς υπολογιστές, σε υπολογιστές. Η τεχνολογία του OpenWorm, που έχει κλιμακωθεί σε μεγαλύτερους οργανισμούς, θα μας επιτρέψει να μελετήσουμε δυσπρόσιτες ασθένειες όπως η σχιζοφρένεια και ο καρκίνος με εντελώς νέους και συναρπαστικούς τρόπους.

Τι βλέπετε να επιτυγχάνει η ανθρώπινη φυλή με αυτή την τεχνολογία σε δέκα χρόνια; Πενήντα? Ενημερώστε μας στα σχόλια! Μπορείτε να ακολουθήσετε την ομάδα OpenWorm στο www.openworm.org