Giovanni Idili di OpenWorm Brains, Worms e Artificial Intelligence

Immagina di essere il frutto dell'immaginazione del tuo computer. Il tuo cervello è una simulazione computerizzata dettagliata - un'intelligenza artificiale 7 siti Web sorprendenti per vedere l'ultimo in intelligenza artificiale Programmazione 7 siti Web sorprendenti per vedere l'ultimo nella programmazione di intelligenza artificiale L'intelligenza artificiale non è ancora HAL dal 2001: The Space Odyssey ... ma siamo diventando terribilmente vicino. Abbastanza sicuro, un giorno potrebbe essere simile ai pot-pouri di fantascienza che vengono sfornati da Hollywood ... Leggi altro che si collega agli occhi simulati e ai muscoli simulati e alle terminazioni nervose simulate, che interagiscono con un mondo simulato. Tu pensi e senti esattamente come ora, ma invece di essere implementato in carne grigia, la tua mente corre su silicio.

Simulare un intero cervello umano come questo è un modo, ma un progetto open source sta per compiere un primo passo vitale, simulando la neurologia e la fisiologia di uno degli animali più semplici conosciuti dalla scienza. Il team 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 in 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 sul loro lavoro nell'intelligenza artificiale. Il team di OpenWorm è un team multinazionale di ingegneri che hanno lavorato alla simulazione del worm per diversi anni. Utilizzano strumenti di condivisione dei file come Google Drive e Dropbox per collaborare e le loro riunioni sono trasmesse in streaming pubblicamente come Hangout di Google+.

Il futuro dell'intelligenza artificiale

MUO: Ciao Giovanni! Questo è ovviamente un progetto molto complesso e impegnativo: potresti descrivere i progressi finora compiuti nella simulazione e cosa resta da fare? Quali pensi che saranno le sfide più significative in futuro?

Giovanni: Abbiamo fatto molti progressi sul corpo del verme 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 un ambiente simulato - il “matrice di worm” se vuoi - che il cervello possa sperimentare attraverso i suoi neuroni sensoriali.

Questo è il motivo per cui abbiamo iniziato a mettere un sacco di impegno nel corpo del worm prima. Quello che abbiamo finora è una cuticola pressurizzata e anatomicamente accurata che contiene cellule muscolari contrattili ed è farcita con fluido simile alla gelatina per mantenere tutto a posto. Parallelamente, abbiamo lavorato per far funzionare il cervello e attualmente stiamo eseguendo i primi test dell'intera rete neuronale di C. elegans (i famosi 302 neuroni).

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

Esistono due diversi tipi di sfide: le sfide di ricerca e quelle tecniche. Le sfide di ricerca sono quelle tipiche di ogni avventura 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 conosciute, non sappiamo ancora molto dei singoli neuroni stessi e le loro caratteristiche, il che ci lascia molto lavoro da fare per regolarle - fattibile, ma dura e richiede molto tempo.

Questo è difficile perché l'animale è molto piccolo e finora è stato impossibile fare imaging in vivo del cervello in cottura. Fortunatamente, e questa è una notizia molto recente, stanno emergendo nuove tecniche che potrebbero aiutarci a colmare alcune lacune.

In termini di ingegneria, ci sono molte sfide tecniche, ma direi che la principale sarebbe la performance 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.

Browser Worm Simulation

MUO: Uno dei premi di Kickstarter che hai messo a disposizione dei tuoi sostenitori era l'accesso a una simulazione parziale del worm nel tuo browser, inclusa la muscolatura. Mentre completi più della simulazione (come il cervello), pensi di rendere questi elementi disponibili anche nel browser? Quanto intensiva sarà la simulazione completa da eseguire?

Giovanni: Sì, questa è esattamente l'idea. WormSim sarà una finestra sull'ultima simulazione disponibile. Una volta che facciamo progressi significativi, come collegare un cervello alla simulazione Geeks Weigh In: un pensiero umano più veloce di un computer? Geeks Weigh In: un pensiero umano più veloce di un computer? Per saperne di più, questo verrà distribuito a WormSim. La simulazione sarà piuttosto intensa, ma attualmente l'architettura WormSim è disaccoppiata, nel senso che eseguiremo la simulazione sull'infrastruttura necessaria (cluster GPU, ecc.) E quindi archiviamo i risultati. Questi risultati saranno trasmessi in streaming al WormSim, così le persone saranno in grado di scansionare avanti e indietro nella simulazione, usare i controlli della fotocamera 3D e fare clic sulle cose e accedere ai metadati di simulazione.

Prossimi passi

MUO: Dal momento che 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 che il nostro motore sia un po 'come LEGOS per la biologia computazionale, idealmente, così che dopo C. elegans non dobbiamo ricominciare da zero, ma possiamo assemblare un altro organismo complesso che sfrutta ciò che abbiamo già costruito.

I candidati sono la sanguisuga (10k neuroni) e la mosca della frutta o il zebrafish larvale (entrambi intorno a 100k neuroni). Non è solo questione di quanti neuroni, ma anche di quanto sia ben studiato un organismo. Ci vorranno sicuramente parecchi anni prima che possiamo pensare di affrontare altri organismi, ma se qualche altro gruppo volesse iniziare su uno di questi organismi, saremmo felici di andare oltre per aiutare in qualsiasi modo che possiamo - tutti i nostri strumenti sono aperti.

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, sei costretto a lavorare con le popolazioni piuttosto che con circuiti neuronali ben definiti composti da quantità ragionevoli di neuroni. “Chiudere il ciclo” diventa un po 'più complicato. Inoltre hai bisogno di più potenza computazionale 10 modi per donare la tua CPU tempo alla scienza 10 modi per donare il tuo tempo CPU alla scienza Leggi di più, e facendo qualcosa di simile a quello 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 grossa. Ma succederà, senza dubbio!

Validazione e test

MUO: Dato che il software che stai sviluppando è molto complesso e implica la simulazione a molti livelli, come convalidare i tuoi modelli per determinare il successo? Ci sono test che ti piacerebbe esibire, ma non sono ancora stati in grado di farlo?

Giovanni: Ad ogni livello di granularità noi “unit-test” i nostri componenti software contro i risultati sperimentali. I dati sperimentali sono già disponibili allo scoperto, o provengono da laboratori che decidono di darcelo. Le simulazioni neuronali devono corrispondere a misurazioni 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 verme simulato (nuoto / gattonare) dovranno seguire le osservazioni sperimentali a quel livello. C'è in effetti un gruppo di noi che sta lavorando per preparare una quantità incredibile di dati in modo da poter dire quantitativamente che il nostro worm si muove come quello reale non appena la nostra simulazione è pronta per essere testata.

Applicazioni di 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, se convalidato, potrebbe consentirci di condurre esperimenti su un computer invece che su animali vivi. Questo ha evidenti vantaggi in termini di riproduzione di esperimenti e il numero di esperimenti che possono essere condotti. C. elegans è un organismo modello per la malattia umana, quindi stiamo parlando di possedere acquisizioni dal basso verso l'alto in malattie come l'Alzheimer, il Parkinson e l'Huntington, solo per citarne alcuni, e si spera che acceleri 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 eccitato dal modo in cui ciò che stiamo facendo potrebbe aiutarci a capire come funzionano i cervelli su una scala molto trattabile. Immaginate cosa significa se possiamo catturare il cervello di un verme come un insieme di parametri (che sta diventando sempre più possibile con le nuove tecnologie di imaging) e alimentare quegli stessi parametri nella nostra simulazione. 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 eccitante a molti livelli. La tecnologia per mappare e simulare il cervello di animali interi ha implicazioni profonde e alla fine mondiali per la condizione umana.

A un livello più immediato, la capacità di sperimentare su animali simulati e studiare malattie in un dettaglio meticoloso e computazionale può benissimo consentire un tipo completamente nuovo di scienza: gli esperimenti eseguiti, in massa, dai computer ai computer. La tecnologia di OpenWorm, adattata a organismi più grandi, potrebbe permetterci di studiare malattie difficili da digerire come la schizofrenia e il cancro in modi completamente nuovi ed entusiasmanti.

Cosa vedi che la razza umana sta raggiungendo con questa tecnologia tra dieci anni? Cinquanta? Fateci sapere nei commenti! Puoi seguire il team di OpenWorm su www.openworm.org

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