Giovanni idili de openworm: cérebros, worms, e inteligência artificial

Imagine que você é um produto da imaginação de seu computador. Seu cérebro é uma detalhada simulação de computador - um inteligência artificial

que se conecta a olhos simulados e músculos simulados e terminações nervosas simuladas, que interagem com um mundo simulado. Você pensa e sente exatamente como faz agora, mas em vez de ser implementado em carne cinzenta, sua mente funciona em silício.7 incríveis websites para ver mais na programação de Inteligência Artificial7 incríveis websites para ver mais na programação de Inteligência ArtificialInteligência Artificial não é ainda HAL a partir do 2001: A Space Odyssey ... mas estamos chegando muito perto. Com certeza, um dia poderia ser tão semelhante aos potboilers sci-fi sendo churned por Hollywood ....consulte Mais informação

Simulando todo um cérebro humano como este é um maneiras, mas um projeto de código aberto está prestes a dar um primeiro passo vital, simulando a neurologia e fisiologia de um dos animais mais simples conhecidos pela ciência. A equipe OpenWorm, que acaba de concluir um Kickstarter bem sucedido, é meses longe de construir uma simulação completa de C. elegans, um verme nematóide simples com 302 neurônios. O worm simulado vai nadar na água simulado, reagir ao estímulo simulado, e (na medida em que um organismo tão simples pode), pensa.

Nesta entrevista, nós estaremos falando com Giovanni Idili, o co-fundador do projeto OpenWorm sobre o seu trabalho na inteligência artificial. A equipe OpenWorm é uma equipe multinacional de engenheiros, que temos vindo a trabalhar na simulação verme por vários anos. Eles usam ferramentas de compartilhamento de arquivos como o Google Drive e Dropbox para colaborar, e suas reuniões são transmitidos publicamente como um Google+ Hangout.

O Futuro da Inteligência Artificial

MUO: Oi Giovanni! Esta é, obviamente, um projeto muito complexo e desafiador - você poderia descrever o progresso que você fez na simulação até agora, eo que resta a fazer? O que você acha que vai ser os desafios mais significativos daqui para frente?

Giovanni: Fizemos um grande progresso no corpo do sem-fim e ao ambiente envolvente que irá representar a nossa placa de Petri virtual. Acreditamos na modalidade, o que significa que um cérebro em um vácuo seria menos interessante sem um ambiente simulado - a “matriz verme” se você vai - que o cérebro pode experimentar através dos seus neurônios sensoriais.

Essa é a razão porque nós começamos com a colocação de um grande esforço no corpo verme primeiro. O que temos até agora é uma cutícula anatomicamente precisos, pressurizado que contém células musculares contráteis, e é recheado com fluido gelatinoso para manter tudo no lugar. Em paralelo, temos vindo a trabalhar em conseguir o funcionamento do cérebro, e estamos atualmente em execução os primeiros testes de todo o C. elegans rede neuronal (os famosos 302 neurônios).

Estamos agora a aproximar-se do ponto que podemos começar a ligar o cérebro para o corpo e ver o que acontece. Isto não significa que o worm é “vivo”, porque não têm órgãos e um monte de detalhes biológico ainda está faltando também, mas nos permitirá fechar o ciclo sobre o sistema motor, para que possamos começar a experimentar e aprimorando o cérebro e músculos para gerar diferentes tipos de locomoção worm. Isto só vai nos manter ocupados por um tempo.

Existem dois tipos diferentes de desafios - desafios de pesquisa e técnicos. desafios de pesquisa são os típicos de qualquer empreendimento científico. Você não sabe quando você vai ficar preso ou o que, mas um desafio óbvio aqui é que mesmo que o cérebro é mapeado e as conexões entre os neurônios são conhecidos, nós ainda não sabemos muito sobre os próprios neurônios individuais e suas características, o que nos deixa com um monte de trabalho a fazer para afinar-los - factível, mas difícil e demorado.

Isto é difícil porque o animal é muito pequeno e até agora tem sido impossível fazê-in vivo de imagens do cérebro de fuzilamento. Felizmente, e esta é uma notícia muito recente, novas técnicas estão surgindo que podem nos ajudar a preencher algumas das lacunas.

Em termos de engenharia, existem muitos desafios técnicos, mas eu diria que a principal delas seria o desempenho da simulação. Estamos executando a simulação em GPUs e clusters, mas ainda é preciso muito tempo para simulate- há um monte de trabalho para fazer lá.

Navegador Simulação Worm

MUO: Uma das recompensas Kickstarter feitas disponível para seus apoiadores foi o acesso a uma simulação parcial do verme em seu navegador, incluindo musculatura. Como você completar mais da simulação (como o cérebro), você pretende fazer esses elementos disponíveis no navegador, bem como? Como intensivo será a simulação completa será para executar?

Giovanni: Sim - isso é exatamente a idéia. O WormSim será uma janela para a última simulação disponíveis. Uma vez que fazemos algum progresso significativo, como ligar um cérebro para a simulação, isso será lançado para o WormSim. A simulação será muito intensa, mas a arquitetura WormSim está dissociado do que, no sentido de que vamos executar a simulação sobre a infra-estrutura necessária (GPU aglomerados, etc.) e, em seguida, armazenar os resultados. Estes resultados serão transmitidos para o WormSim, para que as pessoas serão capazes de digitalizar frente e para trás na simulação, use os controles da câmera 3D e clique em coisas e metadados de simulação de acesso.Geeks Pesar In: Será que um Humano pensar mais rápido do que um computador?Geeks Pesar In: Será que um Humano pensar mais rápido do que um computador?consulte Mais informação

Próximos passos

MUO: Desde C. elegans é apenas o começo, depois de nematóides, qual é o próximo passo? Que desafios surgem entre o nematóide e um organismo mais complexo?

Giovanni: Um lugar para outro. Estamos tentando construir nosso planejamento tecnologia para o futuro, e queremos que o nosso motor para ser um pouco como LEGOS para a biologia computacional, idealmente, para que depois de C. elegans não temos que começar do zero, mas pode montar um mais organismo complexo aproveitando o que já construímos.

Os candidatos são o sanguessuga (10k neurônios) e a mosca da fruta ou o peixe-zebra larval (ambos em torno de 100 mil neurônios). Não é apenas uma questão de quantos neurônios, mas também como bem estudado um organismo é. É certamente vai ser muito poucos anos antes de podermos sequer pensar em enfrentar outros organismos, mas se algum outro grupo queria para começar em qualquer desses organismos, que ficaria feliz em ir acima e além para ajudar em qualquer maneira que pudermos - todas as nossas ferramentas estão abertas.

O principal desafio é que, como o cérebro de um organismo fica cada vez maior, como um rato com seus 75 milhões de neurônios, você está tipo de forçados a trabalhar com as populações e não com circuitos neuronais bem definidas compostas de quantidades razoáveis ​​de neurônios. “Fechando o ciclo” se torna um pouco mais complicado. Além disso, você precisa de mais poder computacional, e fazer algo parecido com o que estamos a tentar com C. elegans, simulação célula por célula não se limitando aos neurônios, é completamente impensável. Uma vez que você chegar a esse nível macro, você é forçado a trabalhar com algo mais grosseiro. Mas isso vai acontecer, sem dúvida!10 maneiras de doar seu tempo de CPU para Ciência10 maneiras de doar seu tempo de CPU para Ciênciaconsulte Mais informação

Validação e Teste

MUO: Dado que o software que você está desenvolvendo é muito complexo e envolve a simulação em vários níveis, como você validar seus modelos para determinar o sucesso? Existem testes que você gostaria de executar, mas não têm sido capazes de ainda?

Giovanni: Em cada nível de granularidade que “unidade-teste” nossos componentes de software contra resultados experimentais. Os dados experimentais é ou já está disponível no aberto, ou vem de laboratórios que decidem doá-lo para nós. simulações neuronais tem que coincidir com as medições experimentais sobre a actividade neuronal. simulações mecânicas para o corpo do verme e seu ambiente tem que seguir as leis da física.

De forma semelhante, os comportamentos macro do worm simulada (natação / rastejando) terá que seguir as observações experimentais nesse nível. Há, de facto, um grupo de nós que estão trabalhando na obtenção de pronto uma incrível quantidade de dados para que possamos quantitativamente dizer com certeza que o nosso worm está balançando o mesmo que o real, logo que nossa simulação está pronto para ser testado.

Aplicações de Pesquisa

MUO: Que a aplicação deste tipo de simulação é mais emocionante para você? Quais são os usos mais importantes desta tecnologia daqui para frente?

Giovanni: Esse tipo de simulação, quando validado, poderia permitir-nos realizar experimentos em um computador, em vez de animais vivos. Isto tem vantagens óbvias em termos de reproduzir experiências e o grande número de experimentos que podem ser realizadas. C. elegans é um organismo modelo para doença humana, assim que nós estamos falando sobre a possibilidade de obter conhecimento de baixo para cima em doenças como Alzheimer, Parkinson e Huntington, só para citar alguns - e esperamos acelerar a cura como uma consequência. A mesma tecnologia pode ser utilizada para simular as populações saudáveis ​​ou doentes de tecidos humanos apenas pelo carregamento de modelos diferentes para dentro do motor.

Pessoalmente, estou extremamente animado pela forma como o que estamos fazendo pode nos ajudar a entender como o cérebro funciona em uma escala muito tratável. Basta imaginar o que significa que se podemos capturar o cérebro de um verme como um conjunto de parâmetros (que está se tornando cada vez mais possível com as novas tecnologias de imagem) e alimentar os mesmos parâmetros em nossa simulação. Isto pode soar como ficção científica, mas as memórias foram implantados em animais vivos já.

O que OpenWorm significa para você

A tecnologia por trás do projeto OpenWorm é emocionante em muitos níveis. A tecnologia para mapear e simular o cérebro de animais inteiros tem implicações profundas e, eventualmente, mudar o mundo para a condição humana.

Em um nível mais imediato, a capacidade de experimentar em animais e doenças estudo simulado em meticuloso detalhe, computacional pode muito bem permitir que um inteiramente novo tipo de ciência - experimentos realizados, en masse, por computadores, em computadores. A tecnologia de OpenWorm, escalado para organismos maiores, poderia nos permitem estudar doenças de difícil compreensão, como esquizofrenia e câncer de maneiras inteiramente novas e excitantes.

O que você vê a raça humana conseguir com esta tecnologia em dez anos? Cinquenta? Deixe-nos saber nos comentários! Você pode acompanhar a equipe OpenWorm em openworm.org