Giovanni Idili von OpenWorm Brains, Worms und Künstliche Intelligenz

Stellen Sie sich vor, Sie sind eine Phantasie von Ihrem Computer. Ihr Gehirn ist eine detaillierte Computersimulation - eine künstliche Intelligenz. 7 Erstaunliche Websites, um das Neueste in der künstlichen Intelligenz-Programmierung zu sehen. 7 Erstaunliche Websites, um das Neueste in der künstlichen Intelligenz-Programmierung zu sehen. Künstliche Intelligenz ist noch nicht HAL von 2001: The Space Odyssey ... aber wir sind es schrecklich nahe zu kommen. Natürlich könnte es eines Tages so ähnlich sein wie bei den Sci-Fi-Potboilern, die von Hollywood… ausgelassen wurden, und verbindet sich mit simulierten Augen und simulierten Muskeln und simulierten Nervenenden, die mit einer simulierten Welt interagieren. Sie denken und fühlen genau so, wie Sie es jetzt tun, aber anstatt in graues Fleisch umgesetzt zu werden, läuft Ihr Verstand auf Silizium.

Ein ganzes menschliches Gehirn wie dieses zu simulieren ist ein weiter Weg, aber ein Open-Source-Projekt macht einen ersten wichtigen Schritt, indem es die Neurologie und Physiologie eines der einfachsten Tiere simuliert, das der Wissenschaft bekannt ist. Das OpenWorm-Team, das gerade einen erfolgreichen Kickstarter absolviert hat, ist Monate vor dem Bau einer vollständigen Simulation von C. elegans, einem einfachen Nematodenwurm mit 302 Neuronen, entfernt. Der simulierte Wurm schwimmt in simuliertem Wasser, reagiert auf simulierten Stimulus und (soweit es ein so einfacher Organismus kann), zu denken.

In diesem Interview sprechen wir mit Giovanni Idili, dem Mitbegründer des OpenWorm-Projekts, über ihre Arbeit in der künstlichen Intelligenz. Das OpenWorm-Team ist ein multinationales Team von Ingenieuren, die seit mehreren Jahren an der Wurm-Simulation arbeiten. Sie verwenden File-Sharing-Tools wie Google Drive und Dropbox für die Zusammenarbeit. Ihre Meetings werden öffentlich als Google+ Hangout gestreamt.

Die Zukunft der künstlichen Intelligenz

MUO: Hi Giovanni! Dies ist offensichtlich ein sehr komplexes und herausforderndes Projekt. Könnten Sie den Fortschritt beschreiben, den Sie bisher bei der Simulation erzielt haben und was noch zu tun ist? Was sind Ihrer Meinung nach die größten Herausforderungen für die Zukunft??

Giovanni: Wir haben auf dem Körper des Wurms und der Umgebung, die unsere virtuelle Petrischale darstellen wird, große Fortschritte gemacht. Wir glauben an die Verkörperung, was bedeutet, dass ein Gehirn im Vakuum ohne eine simulierte Umgebung weniger interessant wäre “Wurmmatrix” Wenn Sie wollen, dass das Gehirn durch seine sensorischen Neuronen erleben kann.

Das ist der Grund, warum wir zuerst viel Anstrengung in den Wurmkörper gesteckt haben. Was wir bisher haben, ist eine anatomisch genaue, unter Druck stehende Kutikula, die zusammenziehbare Muskelzellen enthält und mit gelatineartiger Flüssigkeit gefüllt ist, um alles an Ort und Stelle zu halten. Parallel haben wir daran gearbeitet, das Gehirn zum Laufen zu bringen, und derzeit führen wir die ersten Tests des gesamten neuronalen Netzwerks von C. elegans durch (der berühmten 302 Neuronen)..

Wir nähern uns jetzt dem Punkt, an dem wir das Gehirn an den Körper anschließen und sehen können, was passiert. Dies bedeutet nicht, dass der Wurm ist “am Leben”, Es hat zwar keine Organe und es fehlt noch viel biologisches Detail, aber es wird uns ermöglichen, die Schleife des motorischen Systems zu schließen, so dass wir damit beginnen können, das Gehirn und die Muskeln zu experimentieren und verschiedene Wurmbewegungen zu erzeugen . Dies allein wird uns eine Weile beschäftigen.

Es gibt zwei verschiedene Arten von Herausforderungen - Forschungsherausforderungen und technische Herausforderungen. Forschungsherausforderungen sind typisch für jedes wissenschaftliche Unternehmen. Sie wissen nicht, wann Sie stecken bleiben oder was passiert, aber eine offensichtliche Herausforderung besteht darin, dass das Gehirn zwar kartiert ist und die Verbindungen zwischen den Neuronen bekannt sind, aber wir wissen noch nicht viel über die einzelnen Neuronen selbst und ihre Eigenschaften, die uns eine Menge Arbeit bereiten, um sie zu verfeinern - machbar, aber hart und zeitraubend.

Dies ist schwierig, da das Tier sehr klein ist und bisher keine In-vivo-Bildgebung des brennenden Gehirns möglich war. Glücklicherweise, und dies sind die neuesten Nachrichten, tauchen neue Techniken auf, die uns helfen könnten, einige Lücken zu füllen.

In technischer Hinsicht gibt es viele technische Herausforderungen, aber ich würde sagen, dass die Simulationsleistung die Hauptaufgabe wäre. Wir führen die Simulation auf GPUs und Clustern durch, aber es dauert immer noch viel Zeit für die Simulation. dort gibt es viel zu tun.

Browser-Wurm-Simulation

MUO: Eine der Kickstarter-Belohnungen, die Sie Ihren Unterstützern zur Verfügung gestellt haben, war der Zugang zu einer Teilsimulation des Wurms in Ihrem Browser, einschließlich Muskulatur. Planen Sie, diese Elemente im Browser verfügbar zu machen, wenn Sie die Simulation (wie das Gehirn) abgeschlossen haben? Wie intensiv wird die vollständige Simulation ausgeführt werden??

Giovanni: Ja, das ist genau die Idee. Der WormSim wird ein Fenster in die neueste verfügbare Simulation sein. Sobald wir einige bedeutende Fortschritte gemacht haben, wie das Einstecken eines Gehirns in die Simulation. Geeks Weigh In: Denkt ein Mensch schneller als ein Computer? Geeks wiegen: Denken Menschen schneller als Computer? Lesen Sie mehr, dies wird an WormSim weitergeleitet. Die Simulation wird ziemlich intensiv sein, aber die WormSim-Architektur ist derzeit davon entkoppelt, in dem Sinne, dass wir die Simulation auf der erforderlichen Infrastruktur (GPU-Cluster usw.) ausführen und dann die Ergebnisse speichern. Diese Ergebnisse werden an WormSim übertragen, sodass die Benutzer in der Simulation vorwärts und rückwärts scannen, 3D-Kamerasteuerelemente verwenden, auf Elemente klicken und auf die Metadaten der Simulation zugreifen können.

Nächste Schritte

MUO: Da C. elegans nach Nematoden nur der Anfang ist, was ist der nächste Schritt? Welche Herausforderungen ergeben sich zwischen dem Nematoden und einem komplexeren Organismus??

Giovanni: Richtig. Wir versuchen, unsere Technologieplanung für die Zukunft aufzubauen, und wir möchten, dass unsere Engine im Idealfall LEGOS für Computational Biology ähnelt, idealerweise, damit wir nach C. elegans nicht bei Null anfangen müssen, sondern eine weitere zusammenbauen können Komplexer Organismus, der das nutzt, was wir bereits gebaut haben.

Kandidaten sind der Blutegel (10k Neuronen) und die Fruchtfliege oder der Larven-Zebrafisch (beide um 100k Neuronen). Es ist nicht nur eine Frage der Anzahl der Neuronen, sondern auch, wie gut ein Organismus studiert wird. Es wird sicherlich noch einige Jahre dauern, bis wir überhaupt daran denken können, andere Organismen in Angriff zu nehmen, aber wenn eine andere Gruppe mit einem dieser Organismen anfangen wollte, würden wir uns freuen, wenn wir auf jede erdenkliche Weise helfen würden - Alle unsere Werkzeuge sind offen.

Die Hauptherausforderung besteht darin, dass das Gehirn eines Organismus, wie eine Maus mit 75 Millionen Neuronen, immer größer wird, und man gezwungen ist, eher mit Populationen zu arbeiten als mit gut definierten neuronalen Schaltkreisen, die aus vernünftigen Mengen an Neuronen bestehen. “Den Kreis schließen” wird etwas kniffliger. Außerdem benötigen Sie mehr Rechenleistung. 10 Möglichkeiten, um Ihre CPU-Zeit für die Wissenschaft zu spenden 10 Möglichkeiten, um Ihre CPU-Zeit für die Wissenschaft zu spenden, lesen Sie mehr, und tun Sie etwas, was wir mit C. elegans versuchen, einer Zelle-für-Zelle-Simulation, die nicht auf Neuronen beschränkt ist ist absolut undenkbar. Sobald Sie diese Makroebene erreicht haben, müssen Sie mit etwas grobkörnigerem arbeiten. Aber es wird zweifellos passieren!

Validierung und Test

MUO: Angesichts der Tatsache, dass die von Ihnen entwickelte Software sehr komplex ist und auf vielen Ebenen Simulationen erfordert, wie validieren Sie Ihre Modelle, um den Erfolg zu bestimmen? Gibt es Tests, die Sie gerne durchführen würden, aber noch nicht in der Lage waren??

Giovanni: Auf jeder Granularitätsebene haben wir “Gerätetest” unsere Softwarekomponenten gegen experimentelle Ergebnisse. Die experimentellen Daten liegen entweder bereits offen vor oder stammen aus Laboren, die sich dazu entschließen, sie uns zu spenden. Neuronale Simulationen müssen mit experimentellen Messungen der neuronalen Aktivität übereinstimmen. Mechanische Simulationen für den Wurmkörper und seine Umgebung müssen den Gesetzen der Physik folgen.

In ähnlicher Weise muss das Makroverhalten des simulierten Wurms (Schwimmen / Kriechen) experimentellen Beobachtungen auf dieser Ebene folgen. Tatsächlich gibt es eine Gruppe von uns, die daran arbeitet, eine unglaubliche Menge an Daten bereitzustellen, sodass wir quantitativ mit Sicherheit sagen können, dass unser Wurm genauso wie der echte Wackeln ist, sobald unsere Simulation zum Testen bereit ist.

Anwendungen der Forschung

MUO: Welche Anwendung dieser Art von Simulation ist für Sie am spannendsten? Was sind die wichtigsten Anwendungen dieser Technologie in der Zukunft??

Giovanni: Wenn diese Art der Simulation validiert ist, können wir an einem Computer Experimente anstelle von lebenden Tieren durchführen. Dies hat offensichtliche Vorteile hinsichtlich der Reproduktion von Experimenten und der schiere Anzahl von Experimenten, die durchgeführt werden können. C. elegans ist ein Modellorganismus für menschliche Krankheiten. Wir sprechen also davon, möglicherweise Einblicke in Krankheiten wie Alzheimer, Parkinson und Huntington zu gewinnen, um nur einige zu nennen - und die Heilung hoffentlich beschleunigen. Dieselbe Technologie könnte verwendet werden, um gesunde oder erkrankte Populationen von menschlichem Gewebe zu simulieren, indem verschiedene Modelle in den Motor geladen werden.

Ich persönlich bin sehr aufgeregt darüber, wie wir mit unserer Arbeit die Funktionsweise des Gehirns in einem sehr handlichen Maßstab verstehen können. Stellen Sie sich vor, was es bedeutet, wenn wir das Gehirn eines Wurms als eine Reihe von Parametern erfassen können (was mit neuen Imaging-Technologien zunehmend möglich wird) und diese Parameter in unsere Simulation einfließen lassen. Dies mag nach Science-Fiction klingen, aber bei lebenden Tieren wurden bereits Erinnerungen implantiert.

Was OpenWorm für Sie bedeutet

Die Technologie hinter dem OpenWorm-Projekt ist auf vielen Ebenen spannend. Die Technologie, mit der das Gehirn ganzer Tiere erfasst und simuliert wird, hat tiefgreifende und möglicherweise weltweit veränderte Auswirkungen auf die menschliche Situation.

Auf einer unmittelbareren Ebene könnte die Fähigkeit, mit simulierten Tieren zu experimentieren und Krankheiten in akribischen, rechnerischen Details zu untersuchen, durchaus eine völlig neue Art von Wissenschaft ermöglichen - Experimente, die massenhaft von Computern, am Computer durchgeführt werden. Die auf größere Organismen übertragene OpenWorm-Technologie könnte es uns ermöglichen, schwer zu greifende Krankheiten wie Schizophrenie und Krebs auf völlig neue und aufregende Weise zu untersuchen.

Was sehen Sie, wie die Menschheit mit dieser Technologie in zehn Jahren erreicht hat? Fünfzig? Lass es uns in den Kommentaren wissen! Sie können das OpenWorm-Team unter www.openworm.org verfolgen

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