Giovanni Idili di OpenWorm: Brains, Worms e Artificial Intelligence

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Immagina di essere un frutto dell'immaginazione del tuo computer. Il tuo cervello è una simulazione al computer dettagliata: un intelligenza artificiale 7 siti Web sorprendenti per vedere le ultime novità nella programmazione di intelligenza artificialeL'intelligenza artificiale non è ancora HAL del 2001: The Space Odyssey... ma ci stiamo avvicinando terribilmente. Abbastanza sicuro, un giorno potrebbe essere simile ai potboilerers di fantascienza sfornati da Hollywood ... Leggi di più che si collega agli occhi simulati e ai muscoli simulati e alle terminazioni nervose simulate, che interagiscono con un mondo simulato. Pensi e senti esattamente come fai ora, ma invece di essere implementato nella carne grigia, la tua mente corre sul silicio.

Simulare un intero cervello umano in questo modo è una via d'uscita, ma un progetto open source sta per prendere un primo passo vitale, simulando la neurologia e la fisiologia di uno degli animali più semplici conosciuti scienza. Il

Squadra OpenWorm, che ha appena completato un Kickstarter di successo, è a pochi mesi dalla costruzione di una simulazione completa di C. elegans, un semplice worm nematode con 302 neuroni. Il verme simulato nuoterà nell'acqua simulata, reagirà allo stimolo simulato e (nella misura in cui un organismo così semplice può), pensa.

In questa intervista, parleremo con Giovanni Idili, il co-fondatore del progetto OpenWorm del loro lavoro sull'intelligenza artificiale. Il team OpenWorm è un team multinazionale di ingegneri, che lavora alla simulazione di worm da diversi anni. Usano strumenti di condivisione di file come Google Drive e Dropbox per collaborare e le loro riunioni vengono trasmesse in streaming pubblicamente come Hangout di Google+.

Il futuro dell'intelligenza artificiale

MUO: Ciao giovanni Questo è ovviamente un progetto molto complesso e stimolante - potresti descrivere i progressi che hai fatto finora sulla simulazione e cosa resta da fare? Quali pensi che saranno le sfide più significative per il futuro?

Giovanni: Abbiamo fatto molti progressi sul corpo del worm e sull'ambiente circostante che rappresenterà la nostra capsula di Petri virtuale. Crediamo nell'incarnazione, nel senso che un cervello nel vuoto sarebbe meno interessante senza a ambiente simulato - la "matrice di vermi" se vuoi - che il cervello può sperimentare attraverso il suo sensoriale neuroni.

Questo è il motivo per cui abbiamo iniziato facendo prima uno sforzo nel corpo del verme. Ciò che abbiamo finora è una cuticola anatomicamente accurata e pressurizzata che contiene cellule muscolari contratteed è riempito con fluido simile alla gelatina per mantenere tutto al suo posto. Parallelamente, abbiamo lavorato per far funzionare il cervello e attualmente stiamo eseguendo i primi test dell'intero C. rete neuronale elegana (i famosi 302 neuroni).

Ora ci stiamo avvicinando al punto in cui possiamo iniziare a collegare il cervello al corpo e vedere cosa succede. Ciò non significa che il worm sia "vivo", perché non ha organi e mancano ancora molti dettagli biologici, ma ci consentirà di chiudere il circuito sul sistema motorio, in modo da poter iniziare a sperimentare e modificare il cervello e i muscoli per generare diversi tipi di worm locomozione. Questo da solo ci terrà impegnati per un po '.

Esistono due diversi tipi di sfide: sfide di ricerca e sfide tecniche. Le sfide della ricerca sono quelle tipiche di qualsiasi impresa scientifica. Non sai quando rimarrai bloccato o su cosa, ma una ovvia sfida qui è che anche se il cervello è mappato e le connessioni tra i neuroni sono note, noi ancora non sappiamo molto dei singoli neuroni stessi e delle loro caratteristiche, il che ci lascia molto lavoro da fare per perfezionarli - fattibile, ma difficile e tempo consumando.

Questo è difficile perché l'animale è molto piccolo e finora non è stato possibile eseguire l'imaging in vivo del cervello che spara. Fortunatamente, e questa è una notizia molto recente, nuove tecniche stanno emergendo ciò può aiutarci a colmare alcune lacune.

In termini di ingegneria, ci sono molte sfide tecniche, ma direi che la principale sarebbe la prestazione della simulazione. Stiamo eseguendo la simulazione su GPU e cluster, ma ci vuole ancora molto tempo per simulare; c'è molto lavoro da fare lì.

Simulazione di worm worm

MUO: Una delle ricompense di Kickstarter che hai reso disponibile per i tuoi sostenitori era l'accesso a una simulazione parziale del worm nel tuo browser, inclusa la muscolatura. Man mano che completi la simulazione (come il cervello), prevedi di rendere disponibili anche quegli elementi nel browser? Quanto intensa sarà la simulazione completa da eseguire?

Giovanni: Sì, questa è esattamente l'idea. WormSim sarà una finestra sull'ultima simulazione disponibile. Una volta compiuti alcuni progressi significativi, come collegare a cervello nella simulazione I geek pesano: un essere umano pensa più velocemente di un computer? Leggi di più , questo verrà implementato su WormSim. La simulazione sarà piuttosto intensa, ma l'architettura WormSim è attualmente disaccoppiata da quella, nel sentiamo che eseguiremo la simulazione sull'infrastruttura necessaria (cluster di GPU ecc.) e quindi archiveremo il file risultati. Questi risultati verranno trasmessi su WormSim, in modo che le persone possano scansionare avanti e indietro nella simulazione, utilizzare i controlli della fotocamera 3D e fare clic sulle cose e accedere ai metadati della simulazione.

Prossimi passi

MUO: Dal C. elegans è solo l'inizio, dopo i nematodi, qual è il prossimo passo? Quali sfide sorgono tra il nematode e un organismo più complesso?

Giovanni: Corretta. Stiamo cercando di costruire la nostra pianificazione tecnologica per il futuro e vogliamo il nostro motore essere un po 'come LEGOS per la biologia computazionale, idealmente, in modo che dopo C. elegans non dobbiamo cominciare da zero, ma possiamo assemblare un organismo più complesso sfruttando ciò che abbiamo già costruito.

I candidati sono la sanguisuga (neuroni 10k) e la mosca della frutta o il pesce zebra larvale (entrambi circa 100k neuroni). Non si tratta solo di quanti neuroni, ma anche di quanto sia ben studiato un organismo. Ci vorranno sicuramente alcuni anni prima che possiamo anche solo pensare di affrontare altri organismi, ma se qualche altro gruppo lo volesse per iniziare su uno di quegli organismi, saremmo felici di andare oltre per aiutare in ogni modo possibile - tutti i nostri strumenti sono Aperto.

La sfida principale è che quando il cervello di un organismo diventa sempre più grande, come un topo con i suoi 75 milioni di neuroni, tu sono costretti a lavorare con popolazioni piuttosto che con circuiti neuronali ben definiti costituiti da quantità ragionevoli di neuroni. "Chiudere il circuito" diventa un po 'più complicato. Inoltre hai bisogno di più potenza computazionale 10 modi per donare il tempo della tua CPU alla scienza Leggi di più e facendo qualcosa di simile a ciò che stiamo tentando con C. elegans, simulazione cellula per cellula non limitata ai neuroni, è assolutamente impensabile. Una volta arrivato a quel livello macro, sei costretto a lavorare con qualcosa di più a grana grossa. Ma succederà, senza dubbio!

Convalida e test

MUO: Dato che il software che stai sviluppando è molto complesso e prevede la simulazione a molti livelli, come convalidi i tuoi modelli per determinare il successo? Ci sono test che vorresti eseguire, ma non sei ancora riuscito?

Giovanni: Ad ogni livello di granularità "testiamo" i nostri componenti software rispetto ai risultati sperimentali. I dati sperimentali sono già disponibili all'aperto o provengono da laboratori che decidono di donarcelo. Le simulazioni neuronali devono abbinare misure sperimentali sull'attività neuronale. Le simulazioni meccaniche per il corpo del verme e il suo ambiente devono seguire le leggi della fisica.

In modo simile, i comportamenti macro del worm simulato (nuoto / gattonare) dovranno seguire osservazioni sperimentali a quel livello. C'è in effetti un gruppo di noi che stanno lavorando per preparare un'incredibile quantità di dati in modo da poter dire quantitativamente certo che il nostro worm si dimenerà come quello reale non appena la nostra simulazione è pronta per essere testato.

Applicazioni della ricerca

MUO: Quale applicazione di questo tipo di simulazione è più interessante per te? Quali sono gli usi più importanti di questa tecnologia in futuro?

Giovanni: Questo tipo di simulazione, una volta validata, potrebbe permetterci di condurre esperimenti su un computer anziché su animali vivi. Ciò ha evidenti vantaggi in termini di riproduzione degli esperimenti e del numero assoluto di esperimenti che possono essere condotti. C. elegans è un organismo modello per le malattie umane, quindi stiamo parlando di possibilmente acquisire una visione dal basso verso l'alto delle malattie come l'Alzheimer, il Parkinson e Huntington, solo per citarne alcuni - e si spera di accelerare la cura di conseguenza. La stessa tecnologia potrebbe essere utilizzata per simulare popolazioni sane o malate di tessuti umani semplicemente caricando diversi modelli nel motore.

Personalmente, sono estremamente entusiasta di come ciò che stiamo facendo potrebbe aiutarci a capire come i cervelli lavorano su una scala molto trattabile. Immagina cosa significa se possiamo catturare il cervello di un verme come un insieme di parametri (che è diventando sempre più possibile con le nuove tecnologie di imaging) e inserire questi stessi parametri nei nostri simulazione. Questo può sembrare fantascienza, ma i ricordi sono già stati impiantati in animali vivi.

Cosa significa OpenWorm per te

La tecnologia alla base del progetto OpenWorm è entusiasmante su molti livelli. La tecnologia per mappare e simulare il cervello di animali interi ha implicazioni profonde e alla fine mutevoli per la condizione umana.

A un livello più immediato, la capacità di sperimentare animali simulati e studiare malattie meticolose, i dettagli computazionali potrebbero consentire un tipo completamente nuovo di scienza: esperimenti condotti in massa da computer, sui computer. La tecnologia di OpenWorm, adattata a organismi più grandi, potrebbe permetterci di studiare malattie difficili da afferrare come la schizofrenia e il cancro in modi completamente nuovi ed entusiasmanti.

Cosa vedi raggiungere la razza umana con questa tecnologia in dieci anni? Cinquanta? Fateci sapere nei commenti! Puoi seguire il team OpenWorm su www.openworm.org