Ученые смоделировали мозг червя в LEGO-роботе: прорыв в нейронном картировании

• Ученые поместили мозг круглого червя (Caenorhabditis elegans) в LEGO-робота.
• Они смоделировали связи между 302 нейронами червя в программном обеспечении.
• IP-адрес и номер порта используются для адресации каждого нейрона.

Мозг — это гораздо больше, чем просто набор электрических сигналов. Если человек научится хранить эти сигналы без искажений, мы сможем загрузить чей-то мозг в компьютер, обеспечивая цифровое бессмертие, как в голливудском фильме «Трансцендентность».

Исследователи еще далеки от такого результата хотя бы с человеческим мозгом, но уже достигли нескольких вех. Например, международная команда смогла поместить мозг круглого червя в робототело из LEGO.

Использовался круглый червь Caenorhabditis elegans — свободноживущий прозрачный нематода длиной около 1 мм. Он живет в умеренных почвах и не имеет дыхательной и кровеносной систем. Их гены и нервные системы многократно изучались.

Источник изображения: wikimedia

Интеграция червя в робота

В 2014 году проект OpenWorm смоделировал связи между 302 нейронами червя и реализовал симуляцию в программном обеспечении. Затем программу загрузили в небольшого LEGO-робота. Главная цель — полностью смоделировать Caenorhabditis elegans как виртуальный организм.

Части тела червя и его нейронная сеть имеют аналоги в LEGO-роботе: нейроны носа заменены сонарным датчиком, моторные нейроны по бокам тела соответствуют моторам справа и слева. Робот ведет себя очень похоже на настоящего червя.

Симуляция не на 100 % точна — несколько параметров в ПО требуют корректировки для запуска нейрона. Однако проделанная работа впечатляет, учитывая, что робот не выполняет никаких запрограммированных команд. В нем только сеть связей, имитирующая мозг червя.

Более точно: модель точна в связях и использует UDP-пакеты для активации нейронов. Если у двух нейронов 3 синаптических связи, при активации первого нейрона ко второму передается UDP-пакет с полезной нагрузкой «3».

Источник: I Programmer

Исследователи использовали IP-адреса и номера портов для адресации каждого нейрона. Каждый нейрон суммирует веса и срабатывает при превышении порога. Аккумулятор сбрасывается, если нейрон сработал или сообщение не поступило в течение 200 мс. Это похоже на процессы в реальных нейронных сетях.

Источник изображения: YouTube

Датчики LEGO-робота опрашиваются каждые 100 мс. Они подключены как нос червя: если объект появляется в радиусе 20 см, в сеть посылается сигнал сенсорных нейронов.

То же понятие применяется к 95 моторным нейронам — моторные сигналы собираются и используются для управления движением и скоростью каждого мотора. Эти нейроны могут быть ингибиторными или возбудительными, используются отрицательные и положительные значения.

Проект OpenWorm

Проект OpenWorm продолжается до сих пор, улучшая симуляции и визуализации. Они изучают развитие червя, фокусируясь на процессах развития нематод и других форм жизни через анализ данных и моделирование.

Разработан новый интерактивный подход для работы с червем в браузере — плагин-платформа Geppetto. Также используются методы оптимизации, в том числе генетические алгоритмы, для тонкой настройки моделей под экспериментальные данные реальных клеточных наблюдений.

Читайте также: Живая татуировка с генетически запрограммированными бактериями

Следующий шаг — подключение человеческого мозга, так называемого коннектома. Даже если мы не сможем загрузить человеческие мозги в компьютеры в ближайшем будущем, способность смоделировать целый мозг революционизирует искусственный интеллект. И если однажды будет достигнут этот веха, приложения и возможности будут настолько огромны, что мы не можем их представить сейчас.