Giovanni Idili z OpenWorm: Mozgy, červy a umelá inteligencia

Reklama

Predstavte si, že ste výplodom fantázie svojho počítača. Váš mozog je podrobná počítačová simulácia umela inteligencia 7 Úžasné webové stránky, kde nájdete najnovšie informácie o programovaní umelej inteligencieUmelá inteligencia ešte nie je HAL z roku 2001: The Space Odyssey... ale my sa dostávame strašne blízko. Jedného dňa by to mohlo byť podobné sci-fi potboilérom, ktoré Hollywood vyhadzoval ... Čítaj viac ktorý sa pripája k simulovaným očiam a simulovaným svalom a simulovaným nervovým zakončeniam, ktoré interagujú so simulovaným svetom. Myslíte si a cítite sa presne ako teraz, ale namiesto toho, aby ste boli implementovaní do sivého mäsa, vaša myseľ beží na kremíku.

Simulácia celého ľudského mozgu, ako je toto, je východiskom, ale projekt s otvoreným zdrojom sa už chystá životne dôležitý prvý krok simuláciou neurológie a fyziológie jedného z najjednoduchších známych zvierat veda. Tím OpenWorm, ktoré sa práve dokončili úspešný Kickstarter, je niekoľko mesiacov od vybudovania úplnej simulácie C. elegans, jednoduchý nematódový červ s 302 neurónmi. Simulovaný červ bude plávať v simulovanej vode, bude reagovať na simulovaný stimul a (do tej miery, do akej to dokáže taký jednoduchý organizmus).

V tomto rozhovore budeme hovoriť s Giovanni Idili, spoluzakladateľom projektu OpenWorm o ich práci v oblasti umelej inteligencie. Tím OpenWorm je mnohonárodný tím technikov, ktorí už niekoľko rokov pracujú na simulácii červov. Na spoluprácu využívajú nástroje na zdieľanie súborov, ako sú Disk Google a Dropbox, a ich stretnutia sú verejne vysielané ako Google+ Hangout.

Budúcnosť umelej inteligencie

Muo: Ahoj Giovanni! Je to očividne veľmi zložitý a náročný projekt. Mohli by ste opísať pokrok, ktorý ste doteraz dosiahli v simulácii a čo zostáva? Čo si myslíte, aké budú v budúcnosti najdôležitejšie výzvy?

giovanni: Dosiahli sme značný pokrok v tele červa av okolitom prostredí, ktoré bude predstavovať našu virtuálnu Petriho misku. Veríme v stelesnenie, čo znamená, že mozog vo vákuu by bol bez a simulované prostredie - „červová matrica“, ak budete - mozog môže zažiť prostredníctvom zmyslového vnímania neuróny.

To je dôvod, prečo sme začali tým, že sme najprv do tela červa vložili veľa úsilia. Čo zatiaľ máme anatomicky presná tlaková kutikula obsahujúca sťahovacie svalové bunkya je naplnená želatínovou tekutinou, aby všetko zostalo na svojom mieste. Paralelne sme pracovali na tom, aby mozog bežal, a v súčasnosti robíme prvé testy celého C. neurónová sieť elegans (slávnych 302 neurónov).

Teraz sa blížime k bodu, keď môžeme začať zapojiť mozog do tela a vidieť, čo sa stane. To neznamená, že červ je „živý“, pretože nemá orgány a veľa biologických detailov stále chýba, ale to nám umožní zatvorte slučku na motorickom systéme, aby sme mohli začať experimentovať a vylepšovať mozog a svaly a vytvárať rôzne druhy červov lokomócie. To samo o sebe nás na chvíľu zaneprázdni.

Existujú dva rôzne druhy výziev - výskumné a technické. Výzvy v oblasti výskumu sú typické pre akýkoľvek vedecký podnik. Neviete, kedy uviaznete alebo na čo, ale jednou zjavnou výzvou je, že hoci je mozog zmapovaný a sú známe spojenia medzi neurónmi, stále neviem veľa o samotných jednotlivých neurónoch a ich vlastnostiach, čo nám ponecháva veľa práce na ich doladení - uskutočniteľné, ale tvrdé a čas náročné.

Je to ťažké, pretože zviera je veľmi malé a doteraz nebolo možné urobiť in vivo zobrazenie vypaľovacieho mozgu. Našťastie a toto sú najnovšie správy, objavujú sa nové techniky čo nám môže pomôcť vyplniť niektoré medzery.

Pokiaľ ide o inžinierstvo, existuje veľa technických výziev, ale povedal by som, že hlavnou úlohou bude výkon simulácie. Simuláciu prevádzame na GPU a klastre, ale simulácia ešte trvá veľa času; je tam veľa práce.

Simulácia červa prehliadača

Muo: Jedným z ocenení Kickstarteru, ktoré ste sprístupnili svojim podporovateľom, bol prístup k čiastočnej simulácii červa vo vašom prehliadači vrátane muskulatúry. Keď dokončíte viac simulácie (napríklad mozog), plánujete tieto prvky sprístupniť aj v prehliadači? Aká intenzívna bude úplná simulácia?

giovanni: Áno - to je presne ten nápad. WormSim bude okno najnovšej dostupnej simulácie. Akonáhle urobíme nejaký významný pokrok, ako je zapojenie a mozog do simulácie Geeks Weigh In: Myslí si človek rýchlejšie ako počítač? Čítaj viac , bude spustená do WormSim. Simulácia bude dosť intenzívna, ale architektúra WormSim je v súčasnosti oddelená od architektúry WormSim pocit, že spustíme simuláciu na potrebnej infraštruktúre (klastre GPU atď.) a potom uložíme výsledky. Tieto výsledky sa streamujú do WormSim, takže ľudia budú môcť v simulácii skenovať tam a späť, používať ovládacie prvky 3D kamery a klikať na veci a získať prístup k metaúdajom simulácie.

Ďalšie kroky

Muo: Od C. elegans je len začiatok, po nematódach, aký je ďalší krok? Aké problémy vznikajú medzi háďatkami a komplexnejšími organizmami?

giovanni: Správna. Snažíme sa budovať naše technologické plánovanie do budúcnosti náš motor byť trochu ako LEGOS pre výpočtovú biológiu, v ideálnom prípade tak, aby po C. elegans nemusíme začínať od nuly, ale dokážeme zostaviť zložitejší organizmus využívajúci to, čo sme už vytvorili.

Kandidátmi sú pijavice (10 000 neurónov) a ovocné mušky alebo larvy zebrafish (oboje okolo 100 000 neurónov). Nejde iba o to, koľko neurónov je, ale aj o to, ako dobre je organizmus preštudovaný. Určite to bude trvať niekoľko rokov, kým budeme schopní napadnúť aj iné organizmy, ale ak chce nejaká iná skupina aby sme mohli začať s akýmkoľvek z týchto organizmov, radi by sme šli nad a ďalej, aby nám pomohli akýmkoľvek spôsobom - všetky naše nástroje sú otvorené.

Hlavnou výzvou je, že keď sa mozog organizmu zväčšuje a zväčšuje, podobne ako myš so svojimi 75 miliónmi neurónov, vy sú nútení pracovať skôr s populáciami ako s dobre definovanými neuronálnymi obvodmi tvorenými primeranými množstvami neuróny. „Zatvorenie slučky“ sa stáva zložitejšie. Tiež potrebujete viac výpočtová sila 10 spôsobov, ako darovať svoj čas CPU na vedu Čítaj viac a robíme niečo ako to, čo sa snažíme s C. elegans, bunková simulácia, ktorá sa neobmedzuje len na neuróny, je úplne nemysliteľná. Keď sa dostanete na túto úroveň makra, ste nútení pracovať s niečím hrubozrnnejším. Ale to sa bezpochyby stane!

Validácia a testovanie

Muo: Vzhľadom na to, že vyvíjaný softvér je veľmi zložitý a zahŕňa simuláciu na mnohých úrovniach, ako overujete svoje modely, aby ste určili úspech? Existujú testy, ktoré by ste chceli vykonať, ale ešte ste to neboli schopní?

giovanni: Na každej úrovni podrobností testujeme naše softvérové ​​komponenty na základe experimentálnych výsledkov. Experimentálne údaje sú už k dispozícii už vonku, alebo pochádzajú z laboratórií, ktoré sa nás rozhodnú darovať. Neurónové simulácie sa musia zhodovať s experimentálnymi meraniami neurónovej aktivity. Mechanické simulácie tela červa a jeho prostredia sa musia riadiť fyzikálnymi zákonmi.

Podobným spôsobom sa bude musieť na tejto úrovni sledovať správanie simulovaného červa (plávanie / plazenie). V skutočnosti je skupina z nás ktorí pracujú na príprave neuveriteľného množstva údajov, aby sme mohli kvantitatívne povedať akonáhle je naša simulácia pripravená, uistite sa, že sa náš červ krúti rovnako ako ten skutočný testované.

Aplikácie výskumu

Muo: Ktorá aplikácia tohto druhu simulácie je pre vás najzaujímavejšia? Aké sú najdôležitejšie použitia tejto technológie v budúcnosti?

giovanni: Po potvrdení tohto druhu simulácie by sme mohli viesť k pokusom na počítači namiesto živých zvierat. To má zrejmé výhody, pokiaľ ide o reprodukčné experimenty a samotný počet experimentov, ktoré je možné uskutočniť. C. elegans je modelový organizmus pre ľudské choroby, preto hovoríme o možnom získaní náhľadu zdola nahor na choroby ako Alzheimerova, Parkinsonova a Huntingtonova, len aby sme vymenovali aspoň niektoré - a v dôsledku toho dúfajme, že sa tým urýchli vyliečenie. Rovnaká technológia by sa mohla použiť na simuláciu zdravých alebo chorých populácií ľudských tkanív iba vložením rôznych modelov do motora.

Osobne som veľmi nadšený tým, ako nám to, čo robíme, môže pomôcť pochopiť, ako mozgy fungujú vo veľmi sledovateľnom meradle. Len si predstavte, čo to znamená, ak dokážeme zachytiť mozog červa ako súbor parametrov (čo je čoraz častejšie s novými zobrazovacími technológiami) a zavádzajú tie isté parametre do našej simulácie. Môže to znieť ako sci-fi, ale do živých zvierat už boli implantované spomienky.

Čo pre vás znamená OpenWorm

Technológia projektu OpenWorm je na mnohých úrovniach vzrušujúca. Technológia mapovania a simulácie mozgu celých zvierat má hlboké a prípadne aj svetové dôsledky pre ľudský stav.

Na bezprostrednejšej úrovni, schopnosť experimentovať na simulovaných zvieratách a študovať choroby s dôslednosťou, výpočtové podrobnosti môžu dobre umožniť úplne nový druh vedy - experimenty vykonávané hromadne pomocou počítačov, na počítačoch. Technológia OpenWorm, rozšírená na väčšie organizmy, by nám mohla umožniť študovať ťažko pochopiteľné choroby, ako je schizofrénia a rakovina, úplne novými a vzrušujúcimi spôsobmi.

Čo vidíte, ako táto technológia dosahuje ľudská rasa za desať rokov? Päťdesiat? Dajte nám vedieť v komentároch! Môžete sledovať tím OpenWorm na www.openworm.org