Игра после смерти: ученые создали цифровой мозг дрозофилы

Обычная плодовая мушка дрозофила, которая жила себе спокойно в лаборатории штата Мэриленд, наделала много шума в Интернет-сообществе. Ее игре в компьютерные игры, научили разбираться в курсе криптовалют и управлять дроном… правда, сама мушка к тому времени была уже мертва, – а ее функционирующий мозга человека? Мы обсудили это с российскими экспертами в сфере искусственного интеллекта и нейрофизиологии.  

Alfred Schauhuber/imageBROKER.com/Global Look Press

Настоящими героями Интернет-сообщества этого лета стала команда научно-исследовательского кампуса Медицинского института Говарда Хьюза, Кембриджского университета, Международного исследовательского института в Кембридже и исследовательское подразделение компании Google  (Google Research). Эти люди под руководством Говарда Хьюза с середины 2000-х работали над расшифровкой структуры мозга мухи и наконец сделали это.  В итоге все нейронные соединения взрослого самца Drosophila melanogaster– 166 700 нейронов и примерно 125 миллионов синаптических контактов (контактами между нервными клетками) ученые выложили в свободный доступ в Интернете.

 Ну и тут началось самое интересное: коннектом, или структуру мозга мухи использовали сразу в нескольких программах. Одни программисты-умельцы «научили» его играм в Doom, в которых надо управлять персонажем от первого лица, в частности, космическим пехотинцем, работающим на Объединённую аэрокосмическую корпорацию и сражающегося против полчищ демонов. Бедная дрозофила… 

Эксперты сравнили в данном случае обычно расположенный в головном отделе тела и представляющий собой компактное скопление нервных клеток и их отростков»>мозг мухи со схемой процессора, который превратили в ожившую в виртуальном мире вычислительную сеть. В приложении к дрозофиле ее назвали MaleCNS v1.0.                                  

 Немного истории. На самом деле самые первые работы по копированию схем мозга живых существ начались еще в далеком 1986 году, когда ученые получили первый полный коннектом червя Caenorhabditis elegans, состоящий из 302 нейронов. 

И если его создавали в «ручном режиме» (на это ушло 16 лет), то для мухи был использован уже появившийся современный инструмент – искусственный интеллект, который распознал все нейроны насекомого на снимках электронного микроскопа. На оцифровку структуры мозга мухи, кстати, ушло не намного меньше времени, чем на обычно расположенный в головном отделе тела и представляющий собой компактное скопление нервных клеток и их отростков»>мозг червя, и это не удивительно, учитывая разницу в количестве нейронов у этих двух существ. 

Полученную модель очень быстро решили опробовать в играх. Как это происходило? Создаваемая внешняя картинка в виде сигнала попадает на виртуальную сетчатку глаза мухи, а от нее – к модели мозга мухи, который программисты настроили таким образом, чтобы он выдавал игровые команды. При этом, надо напомнить, что интерфейс, то есть, взаимодействия между программой и структурой мозга мухи создавались человеком, так что сама муха ни сном, ни духом, не понимала, в какие тяжкие пустился ее смерти.  

Примерно так же коннектом мухи был использован и в других играх, например, в  Mineсraft, Dota 2, дошло даже до биржи криптовалют и управления настоящим дроном.

О том, как именно это происходило, может ли эта работа быть полезной для разработчиков ИИ, «МК» спросил гендиректора ИТ-компании «А-Я эксперт», профессора МНИИПУ Романа Душкина.

— По сути, ученые получили преднастроенную нейронную сеть, которая в соответствии со своей биологической эволюцией вроде как умеет управлять «летающим объектом», то есть мухой дрозофилой, – говорит Душкин. –  Если воспользоваться методом Transfer learning, то есть переноса обучения, эту нейросеть можно сделать элементом управления некоего летающего объекта, к примеру, дрона. Система работает следующим образом: входные цифровые нейроны реагируют на входящую картинку, а выходные выдают сигналы на задействование элемента управления. Кто-то подключил коннектом мухи к торговле криптовалютами, причем, действует она через систему наказания и поощрения: прогнозирование повышения цены запускает дофаминовый цикл (а точнее его цифровой двойник), а неправильное прогнозирование, – «нейроны», отвечающие, условно, за боль…  Где на самом деле выстрелит эта технология, пока сказать сложно. Самое очевидное, это заставить симулятор коннектома мухи управлять дроном (только не напишите, что управлять им будет оцифрованное сознание мух, оно тут не причем). Хотя, учитывая разные размеры и принципы управления мухами и дронами, систему точно придется дообучать.

О том, чем ценен коннектом мухи дрозофилы для нейрофизиологии, рассказал специалист в области нейрофизиологии, академик ран Павел Балабан.

– У нас были в свое время большие надежды на то, что после создания коннектома, у нас появятся подвижки в понимании, хотя бы поведения. Речь тогда шла о черве. Но ничего не произошло! На работу с мухами Говард Хьюз затратил миллиарды, и что? никто пока не знает, что делать с этой точной копией  структуры мозга дрозофилы. Уже Институтом изучения мозга Аллена (Allen Institute for Brain Science) создается коннектом человека, и вопрос остается тот же самый. Дело в том, что карта мозга с клетками и их соединениями, – это еще не память, обучение и прочее,  а их коннектом не передает. То, что нам сейчас представили, это тот же уровень, что и в обычных языковых моделях ИИ, в которых связи между словоформами не менее сложны, чем Источник