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​高精度“智能线虫”诞生,标志着从生命智能到智能生命迈出了关键一步!

时间:3周前   阅读:66   评论:1

上世纪 50 年代,科学家艾伦 · 图灵曾大胆预言:人类会创造出具有真正智能的机器。但经过 60 余年的发展,即使到了今天,以深度学习技术为代表的第三代人工智能可以说尚未触及智能的本质。其通用智能水平远不及斑马鱼、苍蝇等小型生物,功耗更有云泥之别。


生物脑是智能之源。在向下一代人工智能迈进的过程中,脑启发下的众多研究被寄予厚望,其中「全脑仿真」的假设获得的关注度很高:我们是否能够完全模拟人类的大脑,以代替逐渐接近极限的经典计算机?


人们坚定地相信,「全脑仿真」的概念不会止步于科幻小说的情节。但一直以来,全脑仿真的可行性都是一个公认的难题,实现这个目标具备相当的不确定性——因为人脑足够复杂。


相比之下,自然界某些其他生物的大脑要小得多:选择秀丽隐杆线虫作为通过生物神经机理模拟实现通用人工智能的最小载体,提供了一种惊艳的思路。

1、可动态蠕动前行!高精度“智能线虫”诞生


5月31日,2022智源大会开幕式上,北京智源人工智能研究院(简称智源研究院)发布了天演团队最新科研成果高精度“智能线虫”天宝1.0。这一幕,让屏幕前的很多观众瞪大了眼睛。画面中,一条秀丽隐杆线虫(简称秀丽线虫)正在蠕动前行,就像真的一样。


智源研究院生命模拟研究中心负责人马雷介绍,通过计算秀丽线虫神经电动力学信号,将其传到肌肉模型,通过肌肉模型不断地传导到前面与环境互动的部分,然后通过线虫的肌肉和水流环境的互动,就可以实现蠕动前行。


据了解,作为一种无毒害、可独立生存的最小模式动物,秀丽线虫结构简单却功能完备:仅约1毫米体长、302个神经元,却足以完成感知、逃逸、觅食、交配等一系列通用智能行为。


就是这只透明小生物,是科学研究界的“常客”,近20年来有三次诺贝尔奖都与它有关。它是“最简单的生命智能体”,也是通过生物神经机理模拟实现通用人工智能的最小载体。


目前,高精度秀丽线虫模型已突破了神经系统与肌肉动力学结合的关键技术,有望推动生物神经元精细模拟进入新领域。“我们的目的是通过构建生命智能模型挖掘生物智能机制机理,启发和探索新一代人工智能。”黄铁军强调。


这是目前生物精度最高的仿真秀丽线虫。马雷介绍,他和团队已完成了秀丽线虫全部 302个神经元及其连接关系的精细建模,对其中106个感知和运动神经元进行了高精度建模,整体精细程度达到国际最高水平;神经元结构模拟采用多舱室模型,单神经元舱室最多2313个,神经元生理模拟支持14种离子通道,实现了亚细胞级别的精细突触位点连接。


在这项工作中,天演团队实现了仿真秀丽线虫与仿真环境的全闭环模拟,训练出由高精度神经系统控制的、与环境实时交互的秀丽线虫,能够像真实线虫一样嗅探并控制身体蠕动到感兴趣的目标,对生物神经科学与人工智能前沿探索领域具有重大意义。

2、单个生物神经元表征能力类比 5-8 层 DNN


从普遍的国际前沿精细化模拟工作来看,细胞和亚细胞是当前的最小研究单元,而「天宝 1.0」的优势在于在细胞和亚细胞级别上实现了高精度模拟。


天演团队完成了秀丽线虫全部 302 个神经元及连接关系的精细建模,神经元的结构模拟采用多舱室模型,单神经元舱室最多达到 2313 个,神经元生理模拟支持 14 种离子通道,是目前已知最高精度的线虫神经系统。


同时,天演团队对 106 个神经元组成的嗅觉和运动神经环路完成了高精度建模,基本还原了感觉神经元、中间神经元、指令神经元、头部运动神经元、身体运动神经元这五类神经元的电生理动力学,更全面地表征了线虫智能。


因此,目前「天宝 1.0」已经初步表现出了类生物线虫的趋利避害能力,它可以嗅探、蠕动前行:


最具价值的是,「天宝 1.0」的诞生揭示了生物智能蕴涵的巨大潜力。此前,一项研究对单个生物神经元的计算复杂度进行了探索,结论显示,一个深度神经网络需要 5 到 8 层互联神经元才能表征单个生物神经元的复杂度。在大多数现有的网络中,这意味着 1 个生物神经元能够对应 1000 个人工神经元。


在「天宝 1.0」模型的搭建中,天演团队使用了与该研究一致的模拟核心计算。也就是说,「天宝 1.0」所模拟级别的单个精细神经元所表征的计算复杂度可类比 5-8 层 DNN。

3、从生命智能到智能生命的「关键一步」


智源研究院院长黄铁军认为,经典计算机是好用的计算工具,然而并非通用人工智能的终极载体。从脑机理模拟的角度出发,探索生物脑内部的认知过程和范式,才是实现通用智能的根本途径。


一直以来,国际上多家研究机构都在做精细化脑模拟与智能的相关研究,包括欧盟脑计划、欧盟脑计划支持下的 BlueBrain 项目、美国脑计划等,谷歌、Meta 等科技巨头近年来也在持续加码 AI 前沿探索。这次的成果走在了探索的前沿,有望打破领域内长期以来未有实质性突破的现状。


近年来,类脑智能研究也是我国基础科研探索的重点发力方向,仿真秀丽线虫的研究思路和建设方向属前瞻性布局,特别是在生物神经系统精细刻画上具有明显引领作用。「高精度地逼近生物本身,就是科研的目的所在。」黄铁军表示。


精度最高「智能线虫」的诞生,也许只是生命智能迈出的一小步,却代表了计算机中一种智能生命的诞生,迈出了人工智能生命演变的关键一步。


黄铁军表示,从模式动物来看,再小的生物神经网络也具备较为通用的生命智能,但一般意义上的通用人工智能是和人类本身相比的,所以实现真正的通用人工智能,目前还是一个长远目标。


「我们希望通过模拟尽可能真实的生物大脑,重复实现智能的自然选择过程。通过不断提升模拟规模,创造出决策逻辑像人类、思考速度如光电的超级智能。」


以最简单的智能生命体线虫为突破口,天演团队将坚定走生物机理模拟研究路线,继续完善高精度生命模拟仿真平台,持续实现模式动物和重要生物器官的精细模拟,构建生命智能模型并挖掘生物智能机制机理,启发和探索新一代人工智能,从果蝇、斑马鱼、小鼠直至最高智慧的人类大脑。「这条路径要走多少年,现在还是未知的,但我们很乐观,这条路径已经表现出了强大的潜力和可能性。」


来源:都来看科技新闻,机器之心

注:文章内的所有配图皆为网络转载图片,侵权即删!

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