Giovanni Idili z mozků, červů a umělé inteligence OpenWorm

Představte si, že jste výplodem fantazie vašeho počítače. Váš mozek je podrobná počítačová simulace - umělá inteligence. 7 Úžasné weby vidět nejnovější v programování umělé inteligence 7 Úžasné weby vidět nejnovější v programování umělé inteligence Umělá inteligence ještě není HAL z roku 2001: Space Odyssey… ale my jsme strašně blízko. Jednoho dne by to mohlo být podobné jako sci-fi potboilery, které vyřadil Hollywood ... které se spojují se simulovanými očima a simulovanými svaly a simulovanými nervovými zakončeními, které interagují se simulovaným světem. Myslíte si a cítíte se přesně jako nyní, ale místo toho, abyste byli implementováni do šedého masa, vaše mysl běží na křemík.

Simulace celého lidského mozku, jako je tento, je cestou pryč, ale projekt s otevřeným zdrojovým kódem se chystá učinit zásadní první krok simulací neurologie a fyziologie jednoho z nejjednodušších zvířat známých vědě. Tým OpenWorm, který právě dokončil úspěšný Kickstarter, je měsíce od vytvoření kompletní simulace C. elegans, jednoduchého hlístového hlístice s 302 neurony. Simulovaný červ bude plavat v simulované vodě, reagovat na simulovaný podnět a (do té míry, že takový jednoduchý organismus dokáže).

V tomto rozhovoru budeme hovořit s Giovanni Idili, spoluzakladatelem projektu OpenWorm o jejich práci v umělé inteligenci. Tým OpenWorm je mnohonárodnostní tým inženýrů, kteří na simulaci červů pracují již několik let. Ke spolupráci využívají nástroje pro sdílení souborů, jako jsou Disk Google a Dropbox, a jejich schůzky jsou veřejně streamovány jako Google+ Hangout.

Budoucnost umělé inteligence

Giovanni Idili

MUO: Ahoj Giovanni! Je to zjevně velmi složitý a náročný projekt - můžete popsat pokrok, kterého jste v simulaci zatím dosáhli, a co zbývá udělat? Co podle vás budou nejvýznamnějšími výzvami do budoucna?

Giovanni: Udělali jsme hodně pokroku na těle červa a okolním prostředí, které bude představovat naše virtuální Petriho misky. Věříme v ztělesnění, což znamená, že mozek ve vakuu by byl bez simulovaného prostředí méně zajímavý “červová matice” pokud chcete - mozek může zažít prostřednictvím senzorických neuronů.

To je důvod, proč jsme nejprve začali s velkým úsilím do těla červů. Zatím máme anatomicky přesnou, natlakovanou kutikulu, která obsahuje stahovatelné svalové buňky, a je naplněna želatinou podobnou tekutinou, aby vše zůstalo na místě. Souběžně jsme pracovali na tom, aby mozek běžel, a v současné době provádíme první testy celé neuronální sítě C. elegans (slavných 302 neuronů).

Nyní se blížíme k bodu, kdy můžeme začít zapojovat mozek do těla a sledovat, co se stane. To neznamená, že červ je “naživu”, protože nemá orgány a mnoho biologických detailů stále chybí, ale umožní nám to uzavřít smyčku na motorickém systému, takže můžeme začít experimentovat a vylepšovat mozek a svaly a vytvářet různé druhy červové lokomoce . To samo o sobě nás na chvíli zaneprázdní.

Existují dva různé druhy výzev - výzkumné a technické. Výzvy v oblasti výzkumu jsou typické pro jakoukoli vědeckou činnost. Nevíte, kdy se budete zasekávat nebo na co, ale jednou zjevnou výzvou je, že i když je mozek zmapován a spojení mezi neurony jsou známá, stále mnoho nevíme o jednotlivých neuronech samotných a jejich vlastnosti, což nám dává spoustu práce na jejich vyladění - proveditelné, ale náročné a časově náročné.

To je obtížné, protože zvíře je velmi malé a dosud nebylo možné provádět in vivo zobrazování vypalovacího mozku. Naštěstí a toto je velmi nedávná zpráva, objevují se nové techniky, které nám mohou pomoci zaplnit některé mezery.

Pokud jde o strojírenství, existuje mnoho technických výzev, ale řekl bych, že hlavní bude výkon simulace. Simulaci provádíme na GPU a clusterech, ale simulace stále trvá hodně času; tam je spousta práce.

Simulace červa prohlížeče

MUO: Jednou z odměn Kickstarteru, které jste poskytli svým podporovatelům, byl přístup k částečné simulaci červa v prohlížeči, včetně muskulatury. Když dokončíte více simulace (jako mozek), plánujete tyto prvky zpřístupnit také v prohlížeči? Jak intenzivní bude úplná simulace běžet?

Giovanni: Ano - to je přesně ten nápad. WormSim bude okno nejnovější dostupné simulace. Jakmile dosáhneme nějakého významného pokroku, jako je zapojení mozku do simulace Geeks Weigh In: Uvažuje člověk rychleji než počítač? Geeks Weigh In: Přemýšlí člověk rychleji než počítač? , bude to spuštěno do WormSim. Simulace bude velmi intenzivní, ale architektura WormSim je v současné době oddělena od toho, že simulaci spustíme na nezbytné infrastruktuře (klastry GPU atd.) A výsledky uložíme. Tyto výsledky budou streamovány do WormSim, takže lidé budou moci skenovat tam a zpět v simulaci, používat ovládací prvky 3D kamery a kliknout na věci a přistupovat k metadatům simulace.

Další kroky

MUO: Protože C. elegans je jen začátek, po nematodách, jaký je další krok? Jaké výzvy vyvstávají mezi nematodou a složitějším organismem?

Giovanni: Opravit. Snažíme se budovat naše technologické plánování pro budoucnost a chceme, aby byl náš motor trochu podobný LEGOS pro výpočetní biologii, v ideálním případě, takže po C. elegans nemusíme začít od nuly, ale můžeme sestavit více složitý organismus využívající to, co jsme již vybudovali.

Kandidáti jsou pijavice (10 000 neuronů) a ovocné mušky nebo larvy zebrafish (oba kolem 100 000 neuronů). Nejde jen o to, kolik neuronů, ale také o to, jak dobře je organismus studován. Určitě to bude docela pár let, než budeme schopni myslet na řešení jiných organismů, ale pokud by nějaká jiná skupina chtěla začít s některým z těchto organismů, rádi bychom šli nad rámec toho, abychom pomohli jakýmkoli způsobem, jak můžeme - všechny naše nástroje jsou otevřené.

Hlavní výzvou je, že jak se mozek organismu zvětšuje a zvětšuje, jako myš se svými 75 miliony neuronů, jste druhem nuceni pracovat s populacemi spíše než s dobře definovanými neuronovými obvody tvořenými rozumnými množstvími neuronů. “Uzavření smyčky” stává se trochu složitější. Také potřebujete více výpočetního výkonu. 10 způsobů, jak darovat svůj čas CPU na vědu 10 způsobů, jak darovat svůj čas na CPU procesům na vědu, a dělat něco jako to, co se pokoušíme s C. elegans, simulace buňka po buňce neomezená na neurony, je naprosto nemyslitelné. Jakmile se dostanete na tuto úroveň makra, jste nuceni pracovat s něčím hrubozrnnějším. Ale to se bezpochyby stane!

Validace a testování

MUO: Vzhledem k tomu, že vyvíjený software je velmi složitý a zahrnuje simulaci na mnoha úrovních, jak ověřujete své modely k určení úspěchu? Existují testy, které byste chtěli provést, ale ještě jste nebyli schopni?

Giovanni: Na každé úrovni granularity jsme “test jednotky” naše softwarové komponenty proti experimentálním výsledkům. Experimentální data jsou buď již otevřena, nebo pocházejí z laboratoří, které se nás rozhodnou darovat. Neuronové simulace musí odpovídat experimentálním měřením neuronální aktivity. Mechanické simulace těla červa a jeho prostředí musí dodržovat fyzikální zákony.

Podobným způsobem budou muset maková chování simulovaného červa (plavání / plazení) sledovat experimentální pozorování na této úrovni. Ve skutečnosti existuje skupina z nás, kteří se připravují na přípravě neuvěřitelného množství dat, abychom mohli s jistotou kvantitativně říci, že náš červ se vrtí stejně jako ten skutečný, jakmile je naše simulace připravena k testování..

Aplikace výzkumu

MUO: Která aplikace tohoto druhu simulace je pro vás nejzajímavější? Jaká jsou nejdůležitější použití této technologie do budoucna?

Giovanni: Tento druh simulace, pokud bude ověřen, by nám mohl umožnit provádět experimenty na počítači místo živých zvířat. To má zjevné výhody, pokud jde o opakování experimentů a samotný počet experimentů, které lze provádět. C. elegans je modelový organismus lidských chorob, takže mluvíme o možném nahlédnutí zdola nahoru na nemoci jako Alzheimerova, Parkinsonova a Huntingtonova, abychom jmenovali alespoň některé - a doufejme, že v důsledku toho urychlí léčbu. Stejnou technologii lze použít k simulaci zdravé nebo nemocné populace lidských tkání pouhým načtením různých modelů do motoru.

Osobně jsem velmi nadšený tím, jak nám to, co děláme, může pomoci pochopit, jak mozky pracují ve velmi sledovatelném měřítku. Jen si představte, co to znamená, pokud dokážeme zachytit mozek červa jako soubor parametrů (což je stále více možné s novými zobrazovacími technologiemi) a tyto stejné parametry vložit do naší simulace. Může to znít jako sci-fi, ale do živých zvířat už byly implantovány vzpomínky.

Co pro vás znamená OpenWorm

Technologie projektu OpenWorm je na mnoha úrovních vzrušující. Technologie mapování a simulace mozků celých zvířat má hluboké a nakonec i svět-měnící se důsledky pro lidský stav.

Na bezprostřednější úrovni, schopnost experimentovat na simulovaných zvířatech a studovat nemoci s pečlivými, výpočetními detaily může dobře umožnit zcela nový druh vědy - experimenty prováděné hromadně pomocí počítačů na počítačích. Technologie OpenWorm, rozšířená na větší organismy, by nám mohla umožnit studovat těžko pochopitelná onemocnění, jako je schizofrenie a rakovina, zcela novými a vzrušujícími způsoby..