פרסומת
דמיין שאתה מהווה דמיון לדמיון המחשב שלך. המוח שלך הוא סימולציה ממוחשבת מפורטת בינה מלאכותית 7 אתרים מדהימים לראות את התוכנות האחרונות בתחום הבינה המלאכותיתבינה מלאכותית היא עדיין לא HAL משנת 2001: אודיסיאה בחלל... אבל אנחנו מתקרבים נורא. בטח, יום אחד זה יכול להיות דומה לאוכלוסיירים המדעיים המושטחים על ידי הוליווד ... קרא עוד שמתחבר לעיניים מדומות ולשרירים מדומים וקצות עצבים מדומים, אשר מקיימים אינטראקציה עם עולם מדומה. אתה חושב ומרגיש בדיוק כמו שאתה עושה עכשיו, אבל במקום להיות מיושם בבשר אפור, המוח שלך פועל על סיליקון.
הדמיה של מוח אנושי שלם כזה היא דרך לדרך, אך פרויקט קוד פתוח עומד לקחת צעד ראשון חיוני, על ידי הדמיית הנוירולוגיה והפיזיולוגיה של אחת החיות הפשוטות ביותר הידועות מדע. ה צוות OpenWorm, שזה עתה השלים קיקסטארטר מצליח, נמצאת במרחק חודשים ספורים מבניית הדמיה מלאה של C. elegans, תולעת נמטודה פשוטה עם 302 נוירונים. התולעת המדומה תשחה במים מדומים, תגיב לגירוי מדומה, ו (עד כמה שאורגניזם פשוט כזה יכול), לחשוב.
בראיון זה נדבר עם ג'ובאני אידילי, מייסד שותף לפרויקט OpenWorm על עבודתם בבינה מלאכותית. צוות OpenWorm הוא צוות מהנדסים רב לאומי, שעבד על הדמיית התולעת מזה מספר שנים. הם משתמשים בכלי שיתוף קבצים כמו Google Drive ו- Dropbox כדי לשתף פעולה, והפגישות שלהם מוזרמים באופן פומבי כ- Hangout של Google+.
עתיד הבינה המלאכותית
MUO: הי ג'ובאני! ברור שזה פרויקט מורכב ומאתגר מאוד - האם תוכלו לתאר את ההתקדמות שעשיתם בסימולציה עד כה, ומה נותר לעשות? מה לדעתכם יהיו האתגרים המשמעותיים ביותר קדימה?
ג'ובאני: התקדמנו רבות בגוף התולעת והסביבה הסובבת אותה שתייצג את מנת הפטרי הווירטואלית שלנו. אנו מאמינים בהתגלמות, כלומר, מוח בוואקום יהיה פחות מעניין בלי סביבה מדומה - "מטריצת התולעת" אם תרצו - שהמוח יכול לחוות באמצעות החושי שלו נוירונים.
זו הסיבה שבגללה התחלנו להכניס מאמץ רב לגוף התולעת קודם. מה שיש לנו עד כה הוא ציפורן מדויקת אנטומית ולחץ המכילה תאי שריר מכווצים, והוא ממולא בנוזל דמוי ג'לטין כדי לשמור על הכל במקום. במקביל, עבדנו על הפעלת המוח, וכעת אנו מבצעים את הבדיקות הראשונות של כל ה- C. רשת נוירונים אלגנים (302 תאי העצב המפורסמים).
אנו ניגשים כעת לנקודה שנוכל להתחיל לחבר את המוח לגוף ולראות מה קורה. זה לא אומר שהתולעת "חיה", מכיוון שאין בה איברים והרבה פרטים ביולוגיים עדיין חסרים, אך היא תאפשר לנו סוגרים את הלולאה במערכת המוטורית, כך שנוכל להתחיל להתנסות ולהגדיל את המוח והשרירים כדי ליצור סוגים שונים של תולעת תנועה. זה לבד יעסיק אותנו לזמן מה.
ישנם שני סוגים שונים של אתגרים - אתגרים מחקריים וטכניים. אתגרי המחקר הם אלה האופייניים לכל מיזם מדעי. אתה לא יודע מתי אתה נתקע או על מה, אבל אתגר ברור אחד כאן הוא שלמרות שהמוח ממופה והקשרים בין נוירונים ידועים, אנחנו עדיין לא יודעים הרבה על הנוירונים האישיים עצמם ועל המאפיינים שלהם, מה שמותיר לנו הרבה עבודה לעשות כדי לכוונן אותם - בר ביצוע, אך קשה וזמן רב.
זה קשה מכיוון שהחיה קטנה מאוד ועד כה לא ניתן היה לבצע תמונות in vivo של המוח היורה. למזלנו ואלה חדשות מאוד עדכניות, טכניקות חדשות עולות על פני השטח זה עשוי לעזור לנו למלא חלק מהפערים.
מבחינת הנדסה ישנם הרבה אתגרים טכניים, אבל אני אומר שהעיקרי שבהם הוא ביצועי הסימולציה. אנו מריצים את הסימולציה על גבי GPU ואשכולות, אך עדיין לוקח זמן רב לדמות; יש הרבה עבודה לעשות שם.
סימולציה של תולעת דפדפן
MUO: אחד התגמולים של Kickstarter שהעמדת לרשות התומכים שלך היה גישה להדמיה חלקית של התולעת בדפדפן שלך, כולל שרירים. כשאתה משלים יותר את ההדמיה (כמו המוח), האם אתה מתכוון להנגיש את האלמנטים הללו גם בדפדפן? כמה אינטנסיבית תהיה ההדמיה המלאה לרוץ?
ג'ובאני: כן - זה בדיוק הרעיון. ה- WormSim יהווה חלון לסימולציה האחרונה שקיימת. ברגע שאנחנו מתקדמים משמעותית, כמו חיבור המוח להדמיה גיקים שוקלים פנימה: האם אדם חושב מהר יותר ממחשב? קרא עוד , זה יועבר ל- WormSim. הסימולציה תהיה די אינטנסיבית, אך ארכיטקטורת WormSim מנותקת כעת מזה, ב- מרגיש שנפעיל את הסימולציה על התשתית הדרושה (אשכולות GPU וכו ') ואז נשמור את ה- תוצאות. תוצאות אלה יוזרמו ל- WormSim, כך שאנשים יוכלו לסרוק הלוך ושוב בסימולציה, להשתמש בפקדי מצלמה תלת מימד ולחץ על דברים ולגשת למטא-נתונים של סימולציות.
הצעדים הבאים
MUO: מאז ג. elegans זו רק ההתחלה, אחרי נמטודות, מה השלב הבא? אילו אתגרים מתעוררים בין הנמטודה לבין אורגניזם מורכב יותר?
ג'ובאני: נכון. אנו מנסים לבנות את תכנון הטכנולוגיה שלנו לעתיד, ואנחנו רוצים המנוע שלנו להיות קצת כמו LEGOS לביולוגיה חישובית, באופן אידיאלי, כך שאחרי C. אלגנים שאנחנו לא צריכים להתחיל מאפס, אבל יכולים להרכיב אורגניזם מורכב יותר שממנף את מה שכבר בנינו.
המועמדים הם העלוקה (נוירונים של 10 ק"ג) וזבוב הפירות או דג הזברה הזחל (שניהם בערך 100 נוירונים). זה לא רק עניין של כמה נוירונים, אלא גם כמה אורגניזם נחקר. זה בוודאי שיעברו לא מעט שנים עד שנוכל אפילו לחשוב להתמודד עם אורגניזמים אחרים, אבל אם קבוצה אחרת רצה כדי להתחיל בעבודה עם כל אחד מאותם אורגניזמים, נשמח ללכת מעל ומעבר לעזור בכל דרך שנוכל - כל הכלים שלנו הם פתוח.
האתגר העיקרי הוא שככל שמוחו של אורגניזם הולך וגדל, כמו עכבר עם 75 מיליון הנוירונים שלו, אתה נאלצים לעבוד עם אוכלוסיות ולא עם מעגלים עצביים מוגדרים היטב המורכבים מכמויות סבירות של נוירונים. "סגירת הלולאה" הופכת להיות קצת יותר מורכבת. כמו כן אתה צריך יותר כוח חישובי 10 דרכים לתרום זמן מעבד למדע קרא עוד ולעשות משהו כמו מה שאנחנו מנסים עם C. אלגאנס, סימולציה של תא אחר תא לא מוגבלת לנוירונים, היא בלתי מתקבלת על הדעת. ברגע שתגיע לרמת המאקרו ההיא, אתה נאלץ לעבוד עם משהו גרגר יותר גס. אבל זה עומד לקרות, ללא ספק!
אימות ובדיקה
MUO: בהתחשב בכך שהתוכנה שאתה מפתח מורכבת מאוד וכרוכה בהדמיה ברמות רבות, כיצד אתה מאמת את הדגמים שלך כדי לקבוע הצלחה? האם יש בדיקות שתרצה לבצע, אך עדיין לא הצלחת?
ג'ובאני: בכל רמה של גרעניות אנו "בודקים יחידה" את רכיבי התוכנה שלנו כנגד תוצאות ניסוי. הנתונים הניסויים זמינים כבר בשטח פתוח, או מגיעים ממעבדות שמחליטות לתרום לנו אותו. הדמיות נוירוניות חייבות להתאים למדידות ניסיוניות על פעילות עצבית. הדמיות מכניות לגוף התולעת וסביבתו צריכות לפעול על פי חוקי הפיזיקה.
באופן דומה, התנהגויות מאקרו של התולעת המדומה (שחייה / זחילה) יצטרכו לעקוב אחר תצפיות ניסיוניות ברמה זו. יש למעשה קבוצה מאיתנו שעובדים על הכנת כמות מדהימה של נתונים כך שנוכל להגיד כמותית בטוח שהתולעת שלנו מתנודדת זהה לזו האמיתית ברגע שהסימולציה שלנו מוכנה להיות נבדק.
יישומי מחקר
MUO: איזה יישום של סימולציה מסוג זה הכי מרגש אותך? מהם השימושים החשובים ביותר בטכנולוגיה זו בעתיד?
ג'ובאני: סימולציה מסוג זה, אם תוקף אותה, יכולה לאפשר לנו לערוך ניסויים במחשב במקום לחיות חיות. יש לכך יתרונות ברורים מבחינת העתקת ניסויים ומספר הניסויים העצום שניתן לבצע. ג. אלגאנס הוא אורגניזם מופת למחלות אנושיות, ולכן אנו מדברים על אולי לקבל תובנה מלמטה למעלה לגבי מחלות כמו אלה של אלצהיימר, פרקינסון והנטינגטון, רק כמה שם - ונקווה להאיץ את התרופה כתוצאה מכך. ניתן להשתמש באותה טכנולוגיה כדי לדמות אוכלוסיות בריאות או חולות של רקמות אנושיות רק על ידי העמסת דגמים שונים למנוע.
באופן אישי, אני מאוד נרגש מהדברים שאנחנו עושים יכולים לעזור לנו להבין כיצד המוח עובד בסדר גודל מאוד הניתן לניתוח. תאר לעצמך מה זה אומר אם נוכל ללכוד את מוחו של תולעת כמערך פרמטרים (וזהו הופך אפשרי יותר ויותר באמצעות טכנולוגיות הדמיה חדשות) ולהזין את אותם פרמטרים לתוכנו סימולציה. זה אולי נשמע כמו מדע בדיוני, אבל זיכרונות הושתלו כבר בבעלי חיים.
מה אומר OpenWorm בשבילך
הטכנולוגיה העומדת מאחורי פרויקט OpenWorm מרגשת ברמות רבות. לטכנולוגיה למיפוי ולדמות מוחם של בעלי חיים שלמים יש השלכות עמוקות ובסופו של דבר משתנות עולמיות על המצב האנושי.
ברמה המיידית יותר, היכולת להתנסות בבעלי חיים מדומים ולחקר מחלות בקפדנות, פרט חישובי עשוי בהחלט לאפשר סוג חדש לחלוטין של מדע - ניסויים שבוצעו בהמוניהם על ידי מחשבים, במחשבים. הטכנולוגיה של OpenWorm, המותאמת לאורגניזמים גדולים יותר, יכולה לאפשר לנו ללמוד מחלות קשות לתפיסה כמו סכיזופרניה וסרטן בדרכים חדשות ומרתקות לחלוטין.
מה אתה רואה את המין האנושי משיג עם טכנולוגיה זו בעוד עשר שנים? חמישים? ספרו לנו בתגובות! אתה יכול לעקוב אחר צוות OpenWorm בכתובת www.openworm.org
אנדר מוביל להישאר פונקציונלי עד 50 מעלות צלזיוס, הוא סופר ועיתונאי שבסיסו בדרום מערב. הוא אטום למים בעומק של מטר וחצי.