Gabriel Brooks
0 
3094
114
Forestil dig, at du er et figur af din computers fantasi. Din hjerne er en detaljeret computersimulering - en kunstig intelligens 7 Fantastiske websteder til at se det seneste inden for kunstig intelligens-programmering 7 fantastiske websteder for at se det seneste inden for kunstig intelligensprogrammering Kunstig intelligens er endnu ikke HAL fra 2001: The Space Odyssey ... men vi er at komme forfærdeligt tæt på. Sikker nok, en dag kunne det være ligner sci-fi-potboilere, der bliver udslettet af Hollywood ... som forbinder til simulerede øjne og simulerede muskler og simulerede nerveender, som interagerer med en simuleret verden. Du tænker og føler dig nøjagtigt som du gør nu, men i stedet for at blive implementeret i gråt kød, løber dit sind på silicium.
At simulere en hel menneskelig hjerne som denne er en vej væk, men et open source-projekt er ved at tage et vigtigt første skridt ved at simulere neurologi og fysiologi for et af de mest videnskabelige dyr kendt. OpenWorm-teamet, der netop afsluttede en vellykket Kickstarter, er måneder væk fra at opbygge en komplet simulering af C. elegans, en simpel nematodeorm med 302 neuroner. Den simulerede orm svømmer i simuleret vand, reagerer på simuleret stimulus og (i den grad, en sådan simpel organisme kan), tænk.
I dette interview skal vi tale med Giovanni Idili, medstifter af OpenWorm-projektet om deres arbejde med kunstig intelligens. OpenWorm-teamet er et multinationalt team af ingeniører, der har arbejdet med ormsimuleringen i flere år. De bruger fildelingsværktøjer som Google Drive og Dropbox til at samarbejde, og deres møder streames offentligt som en Google+ Hangout.
Fremtiden for kunstig intelligens
Giovanni Idili
Muo: Hej Giovanni! Dette er åbenlyst et meget komplekst og udfordrende projekt - kunne du beskrive de fremskridt, du har gjort med simuleringen indtil videre, og hvad er der tilbage at gøre? Hvad tror du vil være de mest betydningsfulde udfordringer fremover?
Giovanni: Vi har gjort meget fremskridt med ormen og det omgivende miljø, der repræsenterer vores virtuelle petriskål. Vi tror på en udførelsesform, hvilket betyder, at en hjerne i et vakuum ville være mindre interessant uden et simuleret miljø - “ormematrix” hvis du vil - at hjernen kan opleve via dens sensoriske neuroner.
Det er grunden til, at vi først startede en stor indsats i ormekroppen først. Det, vi har hidtil, er en anatomisk nøjagtig, trykbundet neglebånd, der indeholder sammentrækkelige muskelceller, og er fyldt med gelatinlignende væske for at holde alt på plads. Parallelt har vi arbejdet på at få hjernen til at køre, og vi kører i øjeblikket de første tests af hele C. elegans neuronale netværk (de berømte 302 neuroner).
Vi nærmer os nu det punkt, at vi kan begynde at tilslutte hjernen til kroppen og se, hvad der sker. Dette betyder ikke, at ormen er “i live”, fordi det ikke har organer, og der mangler stadig en masse biologiske detaljer, men det vil gøre det muligt for os at lukke løkken på motorsystemet, så vi kan begynde at eksperimentere og finjustere hjernen og musklerne for at generere forskellige former for ormbevægelse . Dette alene holder os travlt i et stykke tid.
Der er to forskellige udfordringer - forskningsudfordringer og tekniske. Forskningsudfordringer er dem, der er typiske for enhver videnskabelig virksomhed. Du ved ikke, hvornår du sidder fast eller hvad, men en åbenlyst udfordring her er, at selvom hjernen er kortlagt og forbindelserne mellem neuroner er kendt, ved vi stadig ikke meget om de enkelte neuroner selv og deres egenskaber, hvilket efterlader os meget arbejde at gøre for at finjustere dem - gennemførlige, men hårde og tidskrævende.
Dette er vanskeligt, fordi dyret er meget lille, og indtil videre har det været umuligt at foretage in vivo-afbildning af fyringshjernen. Heldigvis, og dette er meget nyere nyheder, er der nye teknikker, der kan hjælpe os med at udfylde nogle af hullerne.
Med hensyn til engineering er der mange tekniske udfordringer, men jeg vil sige, at den vigtigste ville være ydelsen af simuleringen. Vi kører simuleringen på GPU'er og klynger, men det tager stadig meget tid at simulere; der er meget arbejde at gøre der.
Browserormsimulering
Muo: En af de Kickstarter-belønninger, du stillede til rådighed for dine bagmænd, var adgang til en delvis simulering af ormen i din browser, inklusive muskulatur. Når du gennemfører mere af simuleringen (som hjernen), planlægger du også at gøre disse elementer tilgængelige i browseren? Hvor intensiv vil den fulde simulering være at køre?
Giovanni: Ja - det er nøjagtigt ideen. WormSim vil være et vindue i den seneste tilgængelige simulering. Når vi først har gjort nogle betydelige fremskridt, som at tilslutte en hjerne til simuleringen Geeks Weigh In: Tænker et menneske hurtigere end en computer? Nørder vejer ind: Tænker et menneske hurtigere end en computer? , dette vil blive rullet ud til WormSim. Simuleringen vil være temmelig intensiv, men WormSim-arkitekturen er i øjeblikket frakoblet fra det i den forstand, at vi vil køre simuleringen på den nødvendige infrastruktur (GPU-klynger osv.) Og derefter gemme resultaterne. Disse resultater streames til WormSim, så folk vil være i stand til at scanne frem og tilbage i simuleringen, bruge 3D-kamerakontroller og klikke på ting og få adgang til simuleringsmetadata.
Næste skridt
Muo: Da C. elegans bare er starten, efter nematoder, hvad er det næste trin? Hvilke udfordringer opstår mellem nematoden og en mere kompleks organisme?
Giovanni: Korrekt. Vi forsøger at opbygge vores teknologiplanlægning for fremtiden, og vi ønsker, at vores motor skal være lidt som LEGOS til beregningsbiologi, ideelt set, så vi efter C. elegans ikke behøver at starte fra bunden, men kan samle en mere kompleks organisme, der udnytter det, vi allerede har bygget.
Kandidater er iglen (10 k neuroner) og frugtflue eller larve zebrafisk (begge omkring 100k neuroner). Det er ikke kun et spørgsmål om hvor mange neuroner, men også hvor godt studeret en organisme er. Det vil helt sikkert være nogle få år, før vi endda kan tænke på at tackle andre organismer, men hvis en anden gruppe ønskede at komme i gang med nogen af disse organismer, ville vi være glade for at gå ud over at hjælpe på enhver måde, vi kan - alle vores værktøjer er åbne.
Den største udfordring er, at efterhånden som en organisms hjerne bliver større og større, som en mus med sine 75 millioner neuroner, er du slags tvunget til at arbejde med populationer snarere end med veldefinerede neuronale kredsløb, der består af rimelige mængder neuroner. “Lukker løkken” bliver lidt vanskeligere. Du har også brug for mere computerkraft 10 måder at donere din CPU-tid til videnskab 10 måder at donere din CPU-tid til videnskab og gøre noget som det, vi forsøger med C. elegans, celle-for-celle-simulering ikke begrænset til neuroner, er direkte udenkelig. Når du først kommer til det makroniveau, bliver du tvunget til at arbejde med noget mere grovkornet. Men det vil ske, uden tvivl!
Validering og test
Muo: I betragtning af at den software, du udvikler, er meget kompleks og involverer simulering på mange niveauer, hvordan validerer du dine modeller for at bestemme succes? Er der tests, du gerne vil udføre, men ikke har været i stand til endnu?
Giovanni: På hvert niveau af granularitet vi “enhed-test” vores softwarekomponenter mod eksperimentelle resultater. De eksperimentelle data er enten allerede tilgængelige i det fri eller kommer fra laboratorier, der beslutter at donere dem til os. Neuronale simuleringer skal matche eksperimentelle målinger på neuronal aktivitet. Mekaniske simuleringer for ormens krop og dets miljø skal følge fysikkens love.
På en lignende måde skal makroopførsel af den simulerede orm (svømning / gennemsøgning) følge eksperimentelle observationer på dette niveau. Der er faktisk en gruppe af os, der arbejder på at klargøre en utrolig mængde data, så vi kvantitativt kan sige med sikkerhed, at vores orm vriker det samme som den rigtige, så snart vores simulering er klar til at blive testet.
Anvendelser af forskning
Muo: Hvilken anvendelse af denne form for simulering er mest spændende for dig? Hvad er de vigtigste anvendelser af denne teknologi fremover?
Giovanni: Denne form for simulering, når den valideres, kunne gøre det muligt for os at udføre eksperimenter på en computer i stedet for levende dyr. Dette har åbenlyse fordele med hensyn til gengivelse af eksperimenter og det store antal eksperimenter, der kan udføres. C. elegans er en modelorganisme for menneskelig sygdom, så vi taler om muligvis at få bottom-up indsigt i sygdomme som Alzheimers, Parkinsons og Huntingtons bare for at nævne nogle få - og forhåbentlig fremskynde kuren som en konsekvens. Den samme teknologi kan bruges til at simulere raske eller syge populationer af humant væv ved blot at indlæse forskellige modeller i motoren.
Personligt er jeg ekstremt begejstret over, hvordan det, vi laver, kan hjælpe os med at forstå, hvordan hjerner fungerer i en meget sporbar skala. Forestil dig hvad det betyder, hvis vi kan fange en orms hjerne som et sæt parametre (hvilket bliver stadig mere muligt med nye billeddannelsesteknologier) og tilføre de samme parametre i vores simulering. Dette kan lyde som science fiction, men minder er allerede implanteret i levende dyr.
Hvad OpenWorm betyder for dig
Teknologien bag OpenWorm-projektet er spændende på mange niveauer. Teknologien til at kortlægge og simulere hele dyrs hjerner har dybe og til sidst verdensforandrende implikationer for den menneskelige tilstand.
På et mere øjeblikkeligt niveau kan evnen til at eksperimentere på simulerede dyr og studere sygdomme i en omhyggelig, beregningsmæssig detalje muligvis muliggøre en helt ny slags videnskab - eksperimenter, der udføres, masseret af computere, på computere. OpenWorm-teknologien, opskaleret til større organismer, kunne give os mulighed for at studere svære at forstå sygdomme som skizofreni og kræft på helt nye og spændende måder.