Giovanni Idili, do OpenWorm: cérebros, worms e inteligência artificial

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Imagine que você é uma invenção da imaginação do seu computador. Seu cérebro é uma simulação detalhada por computador - uma inteligência artificial 7 sites incríveis para ver as últimas novidades em programação de inteligência artificialA inteligência artificial ainda não é HAL de 2001: The Space Odyssey... mas estamos chegando muito perto. Com certeza, um dia poderia ser tão parecido com os boatos de ficção científica sendo produzidos por Hollywood ... consulte Mais informação que se conecta a olhos simulados, músculos simulados e terminações nervosas simuladas, que interagem com um mundo simulado. Você pensa e se sente exatamente como agora, mas, em vez de ser implementado em carne cinzenta, sua mente funciona com silício.

Simular um cérebro humano inteiro como esse está longe, mas um projeto de código aberto está prestes a demorar primeiro passo vital, simulando a neurologia e fisiologia de um dos animais mais simples conhecidos Ciência. o Equipe do OpenWorm, que acabou de concluir

um Kickstarter de sucesso, está a meses da construção de uma simulação completa de C. elegans, um verme nematóide simples com 302 neurônios. O verme simulado nada na água simulada, reage a estímulos simulados e (na medida em que um organismo tão simples possa) pensar.

Nesta entrevista, conversaremos com Giovanni Idili, co-fundador do projeto OpenWorm sobre o trabalho deles em inteligência artificial. A equipe do OpenWorm é uma equipe multinacional de engenheiros, que trabalha na simulação de worms há vários anos. Eles usam ferramentas de compartilhamento de arquivos como Google Drive e Dropbox para colaborar, e suas reuniões são transmitidas publicamente como um Hangout do Google+.

O futuro da inteligência artificial

MUO: Oi Giovanni! Obviamente, esse é um projeto muito complexo e desafiador - você poderia descrever o progresso que fez na simulação até agora e o que resta fazer? Na sua opinião, quais serão os desafios mais significativos no futuro?

Giovanni: Fizemos muito progresso no corpo do verme e no ambiente ao redor que representará nossa placa de Petri virtual. Acreditamos na incorporação, o que significa que um cérebro no vácuo seria menos interessante sem um ambiente simulado - a “matriz de vermes”, se você desejar - que o cérebro pode experimentar através de sua sensibilidade neurônios.

Essa é a razão pela qual começamos a colocar muito esforço no corpo do verme primeiro. O que temos até agora é uma cutícula pressurizada e anatomicamente precisa que contém células musculares contratáveise é recheado com líquido semelhante à gelatina para manter tudo no lugar. Paralelamente, temos trabalhado para fazer o cérebro funcionar e atualmente estamos executando os primeiros testes de todo o C. rede neuronal elegans (os famosos 302 neurônios).

Agora estamos nos aproximando do ponto em que podemos começar a conectar o cérebro ao corpo e ver o que acontece. Isso não significa que o worm esteja "vivo", porque não possui órgãos e muitos detalhes biológicos ainda estão faltando, mas nos permitirá feche o ciclo do sistema motor, para que possamos começar a experimentar e ajustar o cérebro e os músculos para gerar diferentes tipos de vermes locomoção. Só isso nos manterá ocupados por um tempo.

Existem dois tipos diferentes de desafios - desafios de pesquisa e técnicos. Os desafios de pesquisa são os típicos de qualquer empreendimento científico. Você não sabe quando ficará preso ou o quê, mas um desafio óbvio aqui é que, embora o cérebro esteja mapeado e as conexões entre os neurônios sejam conhecidas, nós ainda não sabemos muito sobre os neurônios individuais e suas características, o que nos deixa com muito trabalho a fazer para ajustá-los - factíveis, mas difíceis e com tempo consumindo.

Isso é difícil porque o animal é muito pequeno e, até agora, foi impossível realizar imagens in vivo do cérebro em chamas. Felizmente, e esta é uma notícia muito recente, novas técnicas estão surgindo isso pode nos ajudar a preencher algumas lacunas.

Em termos de engenharia, existem muitos desafios técnicos, mas eu diria que o principal seria o desempenho da simulação. Estamos executando a simulação em GPUs e clusters, mas ainda leva muito tempo para simular; há muito trabalho a fazer lá.

Simulação de Worm de Navegador

MUO: Uma das recompensas do Kickstarter que você disponibilizou aos seus patrocinadores foi o acesso a uma simulação parcial do worm no seu navegador, incluindo musculatura. Ao concluir mais a simulação (como o cérebro), você planeja disponibilizar esses elementos no navegador também? Quão intensa será a simulação completa?

Giovanni: Sim - essa é exatamente a ideia. O WormSim será uma janela para a última simulação disponível. Depois de fazer algum progresso significativo, como conectar um cérebro para a simulação Geeks pesam: um humano pensa mais rápido que um computador? consulte Mais informação , isso será implementado no WormSim. A simulação será bastante intensiva, mas a arquitetura WormSim está atualmente separada dessa, no sensação de que executaremos a simulação na infraestrutura necessária (clusters de GPU etc.) e, em seguida, armazenamos o resultados. Esses resultados serão transmitidos para o WormSim, para que as pessoas possam digitalizar para frente e para trás na simulação, usar controles de câmera 3D e clicar nas coisas e acessar os metadados da simulação.

Próximos passos

MUO: Desde C. elegans é apenas o começo, depois dos nemátodes, qual é o próximo passo? Que desafios surgem entre o nematóide e um organismo mais complexo?

Giovanni: Corrigir. Estamos tentando construir nosso planejamento de tecnologia para o futuro e queremos nosso motor ser um pouco como LEGOS para biologia computacional, idealmente, para depois de C. elegans, não precisamos começar do zero, mas podemos montar um organismo mais complexo, aproveitando o que já construímos.

Os candidatos são a sanguessuga (10 mil neurônios) e a mosca da fruta ou o peixe-zebra larval (ambos com cerca de 100 mil neurônios). Não é apenas uma questão de quantos neurônios, mas também o quão bem estudado um organismo é. Certamente vai demorar alguns anos até que possamos pensar em enfrentar outros organismos, mas se algum outro grupo quisesse para começar com qualquer um desses organismos, teremos o maior prazer em ajudar você da melhor maneira possível - todas as nossas ferramentas são aberto.

O principal desafio é que, à medida que o cérebro de um organismo se torna cada vez maior, como um rato com seus 75 milhões de neurônios, você são forçados a trabalhar com populações em vez de com circuitos neuronais bem definidos, compostos por quantidades razoáveis ​​de neurônios. "Fechar o ciclo" se torna um pouco mais complicado. Você também precisa de mais poder computacional 10 maneiras de doar seu tempo de CPU para a ciência consulte Mais informação e fazendo algo parecido com o que estamos tentando com C. os elegans, simulação célula a célula, não se limitando a neurônios, são totalmente impensáveis. Quando você atinge esse nível macro, é forçado a trabalhar com algo mais granular. Mas vai acontecer, sem dúvida!

Validação e Teste

MUO: Como o software que você está desenvolvendo é muito complexo e envolve simulação em vários níveis, como você valida seus modelos para determinar o sucesso? Existem testes que você gostaria de realizar, mas ainda não conseguiu?

Giovanni: Em cada nível de granularidade, testamos de forma unitária nossos componentes de software em relação a resultados experimentais. Os dados experimentais já estão disponíveis a céu aberto ou são de laboratórios que decidem doá-los. As simulações neuronais devem corresponder às medidas experimentais da atividade neuronal. Simulações mecânicas para o corpo do verme e seu ambiente devem seguir as leis da física.

De maneira semelhante, os comportamentos macro do verme simulado (nadar / engatinhar) terão que seguir observações experimentais nesse nível. Existe de fato um grupo de nós que estão trabalhando para preparar uma quantidade incrível de dados, para que possamos dizer quantitativamente Certifique-se de que nosso worm esteja mexendo da mesma forma que o real assim que nossa simulação estiver pronta para ser testado.

Aplicações da Pesquisa

MUO: Qual aplicação desse tipo de simulação é mais interessante para você? Quais são os usos mais importantes dessa tecnologia no futuro?

Giovanni: Esse tipo de simulação, quando validado, poderia nos permitir realizar experimentos em um computador, em vez de animais vivos. Isso tem vantagens óbvias em termos de reprodução de experimentos e o grande número de experimentos que podem ser realizados. C. elegans é um organismo modelo para doenças humanas, por isso estamos falando sobre a possibilidade de obter informações de baixo para cima sobre doenças como Alzheimer, Parkinson e Huntington, só para citar alguns - e espero acelerar a cura como conseqüência. A mesma tecnologia poderia ser usada para simular populações saudáveis ​​ou doentes de tecidos humanos apenas carregando modelos diferentes no motor.

Pessoalmente, estou extremamente empolgado com a forma como o que estamos fazendo pode nos ajudar a entender como o cérebro funciona em uma escala muito tratável. Imagine o que significa se podemos capturar o cérebro de um verme como um conjunto de parâmetros (que é cada vez mais possível com as novas tecnologias de imagem) e alimentar esses mesmos parâmetros em nossos simulação. Isso pode parecer ficção científica, mas as memórias já foram implantadas em animais vivos.

O que o OpenWorm significa para você

A tecnologia por trás do projeto OpenWorm é empolgante em muitos níveis. A tecnologia para mapear e simular o cérebro de animais inteiros tem implicações profundas e, eventualmente, revolucionárias para a condição humana.

Em um nível mais imediato, a capacidade de experimentar animais simulados e estudar doenças de maneira meticulosa, detalhes computacionais podem muito bem permitir um tipo inteiramente novo de ciência - experimentos realizados em massa por computadores, em computadores. A tecnologia do OpenWorm, ampliada para organismos maiores, poderia nos permitir estudar doenças difíceis de entender, como esquizofrenia e câncer, de maneiras inteiramente novas e empolgantes.

O que você vê a raça humana alcançando com essa tecnologia em dez anos? Cinquenta? Deixe-nos saber nos comentários! Você pode acompanhar a equipe do OpenWorm em www.openworm.org