Giovanni Idili z OpenWorm: Mozky, červy a umělá inteligence

reklama

Představte si, že jste výplodem fantazie vašeho počítače. Váš mozek je podrobná počítačová simulace umělá inteligence 7 Úžasné webové stránky k zobrazení nejnovějšího programování umělé inteligenceUmělá inteligence ještě není HAL z roku 2001: The Space Odyssey... ale my se dostáváme strašně blízko. Jistě, jednoho dne by to mohlo být podobné jako sci-fi potboilery, které vyřadil Hollywood ... Přečtěte si více který se připojuje k simulovaným očím a simulovaným svalům a simulovaným nervovým zakončením, 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 brzy chystá životně důležitý první krok simulací neurologie a fyziologie jednoho z nejjednodušších známých zvířat Věda. Tým OpenWorm, který právě dokončil úspěšný Kickstarter, je měsíce od vytvoření kompletní simulace C. elegans, jednoduchý hlístový červ s 302 neurony. Simulovaný červ bude plavat v simulované vodě, reagovat na simulovaný podnět a (do té míry, jak takový jednoduchý organismus dokáže).

V tomto rozhovoru budeme hovořit s Giovanni Idili, spoluzakladatelkou projektu OpenWorm o jejich práci v umělé inteligenci. Tým OpenWorm je mnohonárodnostní tým techniků, 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

MUO: Ahoj Giovanni! Je to zjevně velmi složitý a náročný projekt - můžete popsat pokrok, kterého jste dosud dosáhli při simulaci, a co zbývá udělat? Jaké budou podle vás nejdůležitější úkoly do budoucna?

Giovanni: Udělali jsme hodně pokroku v těle červa a okolním prostředí, které bude představovat naši virtuální Petriho misku. Věříme v ztělesnění, což znamená, že mozek ve vakuu by byl bez a simulované prostředí - „červová matice“, pokud budete chtít - že mozek může zažít prostřednictvím své smyslové neurony.

To je důvod, proč jsme nejprve začali s velkým úsilím do těla červů. Co zatím máme anatomicky přesná, natlakovaná kutikula, 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 celého C. neuronová síť 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 „živý“, protože nemá orgány a mnoho biologických detailů stále chybí, ale umožní nám to uzavřít smyčku na motorickém systému, abychom mohli začít experimentovat a vylepšovat mozek a svaly a vytvářet různé druhy červů pohyb. 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 známy, stále neví mnoho o jednotlivých neuronech samotných a jejich charakteristikách, což nám ponechává spoustu práce na jejich vyladění - proveditelné, ale tvrdé a časové náročné.

To je obtížné, protože zvíře je velmi malé a dosud nebylo možné provádět in vivo zobrazování vypalovacího mozku. Naštěstí a toto jsou velmi nedávné zprávy, objevují se nové techniky což nám může 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 plná simulace?

Giovanni: Ano - to je přesně ten nápad. WormSim bude okno nejnovější dostupné simulace. Jakmile uděláme nějaký významný pokrok, jako je připojení a mozek do simulace Geeks Weigh In: Přemýšlí člověk rychleji než počítač? Přečtěte si více , bude to spuštěno do WormSim. Simulace bude velmi intenzivní, ale architektura WormSim je v současné době od ní oddělena, v systému pocit, že spustíme simulaci na nezbytné infrastruktuře (klastry GPU atd.) a poté uložíme Výsledek. 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: Od 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 náš motor být trochu jako LEGOS pro výpočetní biologii, ideálně tak, že po C. elegans nemusíme začínat od nuly, ale můžeme sestavit složitější organismus využívající to, co jsme již vytvořili.

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 si budeme myslet, že budeme muset řešit i jiné organismy, ale pokud chce jiná skupina abychom mohli začít s jakýmkoli z těchto organismů, rádi bychom šli nad rámec toho, co můžeme, jakýmkoli způsobem - všechny naše nástroje jsou otevřeno.

Hlavní výzvou je, že jak se mozek organismu zvětšuje a zvětšuje, stejně jako myš se svými 75 miliony neuronů, vy jsou nuceni pracovat spíše s populacemi než s dobře definovanými neuronovými obvody tvořenými přiměřenými množstvími neurony. „Uzavření smyčky“ je o něco složitější. Také potřebujete víc výpočetní síla 10 způsobů, jak darovat svůj čas CPU vědě Přečtěte si více a děláme něco jako to, co se pokoušíme s C. elegans, simulace buňka po buňce neomezená na neurony, je naprosto nemyslitelná. 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 „testujeme“ 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 je skupina z nás kteří pracují na přípravě neuvěřitelného množství dat, abychom mohli kvantitativně říci jakmile je naše simulace připravena, ujistěte se, že se náš červ kroutí stejně jako ten skutečný testováno.

Aplikace výzkumu

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

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 pro lidské choroby, takže mluvíme o možném získávání nahlédnutí do nemocí zdola nahoru jako Alzheimerova, Parkinsonova a Huntingtonova, abychom jmenovali alespoň některé - a doufejme, že v důsledku toho zrychlí 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 sadu parametrů (což je s novými zobrazovacími technologiemi) a do našich 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 pečlivě, výpočetní detaily mohou 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.

Co vidíte, jak lidstvo dosáhlo díky této technologii za deset let? Padesáti? Dejte nám vědět v komentářích! Můžete sledovat tým OpenWorm na www.openworm.org