Giovanni Idili d'OpenWorm: cerveaux, vers et intelligence artificielle

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Imaginez que vous êtes le fruit de l’imagination de votre ordinateur. Votre cerveau est une simulation informatique détaillée - un intelligence artificielle 7 sites Web incroyables pour voir les dernières nouveautés en programmation d'intelligence artificielleL'intelligence artificielle n'est pas encore HAL de 2001: l'Odyssée de l'espace… mais nous nous rapprochons terriblement. Effectivement, un jour, cela pourrait être aussi similaire aux chaudières de science-fiction produites par Hollywood ... Lire la suite qui se connecte aux yeux simulés et aux muscles simulés et aux terminaisons nerveuses simulées, qui interagissent avec un monde simulé. Vous pensez et ressentez exactement comme vous le faites maintenant, mais au lieu d'être mis en œuvre dans la viande grise, votre esprit fonctionne au silicium.

Simuler un cerveau humain comme celui-ci est loin d'être le cas, mais un projet open source est sur le point de prendre un première étape vitale, en simulant la neurologie et la physiologie de l’un des animaux les plus simples science. le

Équipe OpenWorm, qui vient de se terminer un Kickstarter réussi, est à des mois de la construction d'une simulation complète de C. elegans, un simple ver nématode avec 302 neurones. Le ver simulé nagera dans de l'eau simulée, réagira à un stimulus simulé et (dans la mesure où un organisme aussi simple le pourra), réfléchira.

Dans cette interview, nous parlerons avec Giovanni Idili, le co-fondateur du projet OpenWorm, de leur travail en intelligence artificielle. L'équipe OpenWorm est une équipe multinationale d'ingénieurs, qui travaille sur la simulation de vers depuis plusieurs années. Ils utilisent des outils de partage de fichiers comme Google Drive et Dropbox pour collaborer, et leurs réunions sont diffusées publiquement en tant que Hangout Google+.

L'avenir de l'intelligence artificielle

MUO: Salut Giovanni! Il s'agit évidemment d'un projet très complexe et difficile - pourriez-vous décrire les progrès que vous avez réalisés sur la simulation jusqu'à présent, et que reste-t-il à faire? Selon vous, quels seront les défis les plus importants à l'avenir?

Giovanni: Nous avons fait beaucoup de progrès sur le corps du ver et l'environnement qui représentera notre boîte de Pétri virtuelle. Nous croyons à l'incarnation, ce qui signifie qu'un cerveau dans le vide serait moins intéressant sans environnement simulé - la «matrice du ver» si vous voulez - que le cerveau peut expérimenter via ses sens les neurones.

C’est la raison pour laquelle nous avons commencé par mettre beaucoup d’efforts dans le corps du ver en premier. Ce que nous avons jusqu'ici, c'est une cuticule pressurisée anatomiquement précise qui contient des cellules musculaires contractibleset est rempli de liquide gélatineux pour garder tout en place. En parallèle, nous avons travaillé à faire fonctionner le cerveau, et nous effectuons actuellement les premiers tests de l'ensemble du C. réseau neuronal elegans (les fameux 302 neurones).

Nous approchons maintenant du point où nous pouvons commencer à brancher le cerveau sur le corps et voir ce qui se passe. Cela ne veut pas dire que le ver est "vivant", car il n’a pas d’organes et il manque encore beaucoup de détails biologiques, mais cela nous permettra de fermer la boucle sur le système moteur, afin que nous puissions commencer à expérimenter et à peaufiner le cerveau et les muscles pour générer différents types de vers locomotion. Cela seul nous occupera pendant un certain temps.

Il existe deux types de défis: les défis de la recherche et les défis techniques. Les défis de la recherche sont ceux typiques de toute entreprise scientifique. Vous ne savez pas quand vous allez rester bloqué ou quoi, mais un défi évident ici est que même si le cerveau est cartographié et que les connexions entre les neurones sont connues, nous ne savent toujours pas grand-chose sur les neurones individuels eux-mêmes et leurs caractéristiques, ce qui nous laisse beaucoup de travail à faire pour les affiner - faisable, mais difficile et temps consommant.

Ceci est difficile car l'animal est très petit et jusqu'à présent il a été impossible de faire une imagerie in vivo du cerveau qui tire. Heureusement, et ce sont des nouvelles très récentes, de nouvelles techniques font surface cela pourrait nous aider à combler certaines lacunes.

En termes d'ingénierie, il existe de nombreux défis techniques, mais je dirais que le principal serait la performance de la simulation. Nous exécutons la simulation sur des GPU et des clusters, mais cela prend encore beaucoup de temps à simuler; il y a beaucoup de travail à faire là-bas.

Browser Worm Simulation

MUO: L'une des récompenses Kickstarter que vous avez mises à la disposition de vos contributeurs était l'accès à une simulation partielle du ver dans votre navigateur, y compris la musculature. Au fur et à mesure que vous terminez la simulation (comme le cerveau), prévoyez-vous de rendre ces éléments également disponibles dans le navigateur? Quelle sera l'intensité de l'exécution de la simulation complète?

Giovanni: Oui, c'est exactement l'idée. Le WormSim sera une fenêtre sur la dernière simulation disponible. Une fois que nous avons fait des progrès importants, comme brancher un cerveau dans la simulation Les geeks pèsent: un humain pense-t-il plus vite qu'un ordinateur? Lire la suite , cela sera déployé sur le WormSim. La simulation sera assez intensive, mais l'architecture WormSim est actuellement découplée de celle-ci, dans le sens que nous allons exécuter la simulation sur l'infrastructure nécessaire (grappes GPU, etc.), puis stocker le résultats. Ces résultats seront diffusés sur le WormSim, afin que les gens puissent numériser d'avant en arrière dans la simulation, utiliser les commandes de la caméra 3D et cliquer sur les choses et accéder aux métadonnées de simulation.

Prochaines étapes

MUO: Depuis C. elegans n'est que le début, après les nématodes, quelle est la prochaine étape? Quels défis surgissent entre le nématode et un organisme plus complexe?

Giovanni: Correct. Nous essayons de construire notre planification technologique pour l'avenir, et nous voulons notre moteur être un peu comme LEGOS pour la biologie computationnelle, idéalement, de sorte qu'après C. les élégans, nous ne devons pas partir de zéro, mais nous pouvons assembler un organisme plus complexe en exploitant ce que nous avons déjà construit.

Les candidats sont la sangsue (neurones 10k) et la mouche des fruits ou le poisson zèbre larvaire (tous deux autour de 100k neurones). Ce n'est pas seulement une question de nombre de neurones, mais aussi de la qualité de l'étude d'un organisme. Ça va certainement prendre quelques années avant que nous puissions même penser à nous attaquer à d'autres organismes, mais si un autre groupe voulait pour commencer à utiliser un de ces organismes, nous serions heureux d'aller au-delà pour aider de toutes les manières possibles - tous nos outils sont ouvert.

Le principal défi est qu'à mesure que le cerveau d'un organisme devient de plus en plus gros, comme une souris avec ses 75 millions de neurones, vous sont en quelque sorte obligés de travailler avec des populations plutôt qu'avec des circuits neuronaux bien définis constitués de quantités raisonnables de les neurones. «Fermer la boucle» devient un peu plus délicat. Vous avez également besoin de plus puissance de calcul 10 façons de donner votre temps CPU à la science Lire la suite , et faire quelque chose comme ce que nous essayons avec C. elegans, la simulation cellule par cellule qui ne se limite pas aux neurones, est carrément impensable. Une fois que vous avez atteint ce niveau macro, vous êtes obligé de travailler avec quelque chose de plus grossier. Mais ça va arriver, sans aucun doute!

Validation et test

MUO: Étant donné que le logiciel que vous développez est très complexe et implique une simulation à plusieurs niveaux, comment validez-vous vos modèles pour déterminer le succès? Y a-t-il des tests que vous aimeriez effectuer, mais que vous n'avez pas encore pu?

Giovanni: À chaque niveau de granularité, nous «testons unitairement» nos composants logiciels par rapport aux résultats expérimentaux. Les données expérimentales sont déjà disponibles en plein air ou proviennent de laboratoires qui décident de nous les faire don. Les simulations neuronales doivent correspondre à des mesures expérimentales sur l'activité neuronale. Les simulations mécaniques pour le corps du ver et son environnement doivent suivre les lois de la physique.

De la même manière, les macro-comportements du ver simulé (natation / ramper) devront suivre des observations expérimentales à ce niveau. Il y a en fait un groupe d'entre nous qui travaillent à préparer une quantité incroyable de données afin que nous puissions dire quantitativement sûr que notre ver se tortille comme le vrai dès que notre simulation est prête à être testé.

Applications de la recherche

MUO: Quelle application de ce type de simulation vous passionne le plus? Quelles sont les utilisations les plus importantes de cette technologie à l'avenir?

Giovanni: Ce type de simulation, une fois validé, pourrait nous permettre de mener des expériences sur ordinateur au lieu d'animaux vivants. Cela présente des avantages évidents en termes de reproduction des expériences et du nombre d'expériences qui peuvent être menées. C. elegans est un organisme modèle pour les maladies humaines, nous parlons donc peut-être d'avoir un aperçu ascendant des maladies comme Alzheimer, Parkinson et Huntington, pour n'en nommer que quelques-uns et, espérons-le, accélérer la guérison en conséquence. La même technologie pourrait être utilisée pour simuler des populations saines ou malades de tissus humains simplement en chargeant différents modèles dans le moteur.

Personnellement, je suis extrêmement excité par la façon dont ce que nous faisons pourrait nous aider à comprendre comment les cerveaux fonctionnent à une échelle très maniable. Imaginez ce que cela signifie si nous pouvons capturer le cerveau d'un ver comme un ensemble de paramètres (qui est de plus en plus possible avec les nouvelles technologies d’imagerie) et intégrer ces mêmes paramètres dans notre simulation. Cela peut ressembler à de la science-fiction, mais des souvenirs ont déjà été implantés chez des animaux vivants.

Ce qu'OpenWorm signifie pour vous

La technologie derrière le projet OpenWorm est passionnante à plusieurs niveaux. La technologie permettant de cartographier et de simuler le cerveau d'animaux entiers a des implications profondes et qui changent finalement le monde pour la condition humaine.

À un niveau plus immédiat, la capacité d'expérimenter sur des animaux simulés et d'étudier des maladies de façon méticuleuse, les détails informatiques pourraient bien permettre un tout nouveau type de science - des expériences effectuées en masse par des ordinateurs, sur les ordinateurs. La technologie d'OpenWorm, étendue à de plus grands organismes, pourrait nous permettre d'étudier des maladies difficiles à saisir comme la schizophrénie et le cancer de manière entièrement nouvelle et passionnante.

Que voyez-vous la race humaine réaliser avec cette technologie en dix ans? Cinquante? Faites le nous savoir dans les commentaires! Vous pouvez suivre l'équipe d'OpenWorm sur www.openworm.org