Giovanni Idili des cerveaux, vers et intelligence artificielle OpenWorm

Imaginez que vous soyez un produit de l'imagination de votre ordinateur. Votre cerveau est une simulation informatique détaillée - une intelligence artificielle. 7 sites Web étonnants à découvrir - Programmation de l'intelligence artificielle de dernière génération 7 Sites Web étonnants - Présentation à suivre de la programmation de l'intelligence artificielle se rapprocher terriblement. Effectivement, un jour, cela pourrait ressembler à la chaudière de science-fiction produite par Hollywood… Lire la suite, qui se connecte à des yeux simulés, à des muscles simulés et à des terminaisons nerveuses simulées, qui interagissent avec un monde simulé. Vous pensez et ressentez exactement comme vous le faites maintenant, mais au lieu d'être implémenté dans de la viande grise, votre esprit fonctionne sur du silicium.

Simuler un cerveau humain entier comme celui-ci est une tâche difficile, mais un projet à source ouverte est sur le point de faire un premier pas essentiel, en simulant la neurologie et la physiologie de l'un des animaux les plus simples connus de la science. L’équipe OpenWorm, qui vient de terminer avec succès Kickstarter, est sur le point de créer une simulation complète de C. elegans, un simple ver nématode à 302 neurones. Le ver simulé nagera dans l’eau simulée, réagira à un stimulus simulé et (dans la mesure où un organisme aussi simple le peut), pense.

Dans cette interview, nous discuterons avec Giovanni Idili, le co-fondateur du projet OpenWorm, de son travail en intelligence artificielle. L’équipe OpenWorm est une équipe multinationale d’ingénieurs travaillant sur la simulation du ver depuis plusieurs années. Ils utilisent des outils de partage de fichiers tels que 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! C'est évidemment un projet très complexe et exigeant - pouvez-vous décrire les progrès que vous avez réalisés jusqu'à présent dans la simulation et ce qu'il reste à faire? Selon vous, quels seront les défis les plus importants à venir?

Giovanni: Nous avons fait beaucoup de progrès sur le corps du ver et sur l’environnement qui représentera notre boîte de Pétri virtuelle. Nous croyons au mode de réalisation, ce qui signifie qu’un cerveau dans le vide serait moins intéressant sans un environnement simulé - le “matrice de vers” si vous voulez - que le cerveau puisse expérimenter via ses neurones sensoriels.

C'est la raison pour laquelle nous avons commencé par mettre beaucoup d'efforts dans le corps du ver en premier. Nous avons jusqu’à présent une cuticule anatomiquement précise et pressurisée qui contient des cellules musculaires contractables et qui est bourrée d’un liquide de type gélatine pour que tout reste en place. En parallèle, nous travaillons à faire fonctionner le cerveau et nous effectuons actuellement les premiers tests de l’ensemble du réseau neuronal de C. elegans (les fameux 302 neurones)..

Nous approchons maintenant du point où nous pouvons commencer à brancher le cerveau dans le corps et voir ce qui se passe. Cela ne signifie pas que le ver est “vivant”, parce qu'il n'a pas d'organes et qu'il manque encore beaucoup de détails biologiques, mais cela nous permettra de fermer la boucle sur le système moteur afin de pouvoir commencer à expérimenter et à peaufiner le cerveau et les muscles pour générer différents types de locomotion du ver . Cela seul nous tiendra occupé pendant un moment.

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

Ceci est difficile car l'animal est très petit et jusqu'à présent, il était impossible de réaliser une imagerie in vivo du cerveau en feu. Heureusement, et il s’agit d’une information très récente, de nouvelles techniques font leur apparition qui pourraient nous aider à combler certaines lacunes..

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

Simulation de ver de navigateur

MUO: L’une des récompenses Kickstarter que vous avez mises à la disposition de vos contributeurs a été l’accès à une simulation partielle du ver dans votre navigateur, incluant la musculature. Au fur et à mesure que vous compléterez la simulation (comme le cerveau), envisagez-vous de rendre ces éléments également disponibles dans le navigateur? Quelle sera l'intensité de la simulation complète à exécuter?

Giovanni: Oui, c'est exactement l'idée. Le WormSim sera une fenêtre sur la dernière simulation disponible. Une fois que nous avons réalisé des progrès significatifs, comme brancher un cerveau dans la simulation Geeks pèse: un humain pense-t-il plus vite qu'un ordinateur? Geeks Weigh In: un humain pense-t-il plus vite qu'un ordinateur? En savoir plus, cela sera déployé dans WormSim. La simulation sera assez intensive, mais l'architecture WormSim en est actuellement dissociée, dans le sens où nous allons exécuter la simulation sur l'infrastructure nécessaire (grappes de GPU, etc.), puis stocker les résultats. Ces résultats seront transférés dans WormSim, ce qui permettra aux utilisateurs de parcourir la simulation, d'utiliser les commandes de la caméra 3D, de cliquer sur les éléments et d'accéder aux métadonnées de la simulation..

Prochaines étapes

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

Giovanni: Correct. Nous essayons de construire notre planification technologique pour le futur, et nous voulons que notre moteur ressemble un peu à LEGOS pour la biologie computationnelle, idéalement, afin que, après C. elegans, nous n’ayons pas à partir de zéro, mais que nous puissions assembler davantage. organisme complexe tirant parti de ce que nous avons déjà construit.

Les candidats sont les sangsues (10k neurones) et la mouche des fruits ou le poisson zèbre larvaire (les deux cent neurones environ). Ce n’est pas seulement le nombre de neurones, mais aussi la qualité de l’étude d’un organisme. Il faudra certainement quelques années avant que nous puissions même penser à nous attaquer à d'autres organismes, mais si un autre groupe souhaitait se lancer sur l'un de ces organismes, nous serions heureux de faire tout ce qui est en notre pouvoir pour aider - tous nos outils sont ouverts.

Le principal défi est que, à mesure que le cerveau d'un organisme grandit, comme une souris avec ses 75 millions de neurones, vous êtes obligé de travailler avec des populations plutôt qu'avec des circuits neuronaux bien définis constitués de quantités raisonnables de neurones.. “Fermer la boucle” devient un peu plus compliqué. En outre, vous avez besoin de plus de puissance de calcul. 10 façons de donner plus de temps à votre temps processeur à la science 10 façons de donner plus de temps à votre temps processeur à Science Lire plus , est carrément impensable. Une fois que vous arrivez à ce niveau macro, vous êtes obligé de travailler avec quelque chose de plus grossier. Mais ça va arriver, sans doute!

Validation et test

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

Giovanni: A chaque niveau de granularité, nous “Test de l'unité” nos composants logiciels contre des résultats expérimentaux. Les données expérimentales sont soit déjà disponibles à l’air libre, soit proviennent de laboratoires qui ont décidé de nous les donner. Les simulations neuronales doivent correspondre aux mesures expérimentales sur l'activité neuronale. Les simulations mécaniques du corps du ver et de son environnement doivent respecter les lois de la physique.

De la même manière, les comportements macro du ver simulé (natation / rampement) devront suivre des observations expérimentales à ce niveau. En fait, un groupe d’entre nous s’efforce de préparer une quantité incroyable de données afin de pouvoir déterminer de manière quantitative que notre ver est en train de bouger comme le vrai, dès que notre simulation est prête à être testée..

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 plutôt que sur des animaux vivants. Cela présente des avantages évidents en termes de reproduction des expériences et du nombre d'expériences pouvant être menées. C. elegans est un organisme modèle pour les maladies humaines. Nous parlons donc de la possibilité de mieux comprendre certaines maladies telles que la maladie d'Alzheimer, la maladie de Parkinson et la maladie de Huntington, pour n'en nommer que quelques-unes - et, espérons-le, d'accélérer la guérison. La même technologie pourrait être utilisée pour simuler des populations de tissus humains saines ou malades simplement en chargeant différents modèles dans le moteur..

Personnellement, je suis extrêmement enthousiasmé par le fait que ce que nous faisons pourrait nous aider à comprendre comment le cerveau fonctionne à une échelle très souple. Imaginez simplement ce que cela signifie si nous pouvons capturer le cerveau d’un ver sous forme d’un ensemble de paramètres (ce qui devient de plus en plus possible avec les nouvelles technologies d’imagerie) et intégrer ces mêmes paramètres à notre simulation. Cela peut sembler de la science-fiction, mais des souvenirs ont déjà été implantés chez des animaux vivants..

Que signifie OpenWorm pour vous?

La technologie à la base du projet OpenWorm est passionnante à plusieurs niveaux. La technologie permettant de cartographier et de simuler le cerveau d'animaux entiers a de profondes implications pour le monde, qui finiront par changer le monde..

Sur un plan plus immédiat, la possibilité d’expérimenter sur des animaux simulés et d’étudier des maladies minutieusement, pourrait permettre un type entièrement nouveau d’expériences scientifiques: des expériences scientifiques effectuées en masse, en masse, sur ordinateur. La technologie OpenWorm, adaptée aux organismes plus grands, pourrait nous permettre d'étudier des maladies difficiles à saisir, telles que la schizophrénie et le cancer, de manière entièrement nouvelle et intéressante..

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

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