Ψηφιοποίηση εγκεφάλου σκουληκιού και εκπαίδευσή του σε νέα κόλπα

12


Τη διαχωριστική γραμμή ανάμεσα στο πρόγραμμα υπολογιστή και το ζωντανό πλάσμα θολώνει το εγχείρημα ερευνητών του TU Wien (Αυστρία) που «μετέτρεψαν» το νευρικό σύστημα ενός νηματοειδούς (σκουληκιού) C.elegans σε κώδικα υπολογιστή, και μετά το εκπαίδευσαν, διδάσκοντάς του νέα «κόλπα».

Το σκουλήκι είναι μήκους μόλις ενός χιλιοστού, και πρόκειται για πολύ απλό ζωντανό οργανισμό, ωστόσο είναι ιδιαίτερα ενδιαφέρον από επιστημονικής πλευράς, καθώς είναι το μόνο ζωντανό ον το νευρικό σύστημα του οποίου έχει αναλυθεί πλήρως- οπότε μπορεί να αναπαρασταθεί σε ένα διάγραμμα κυκλώματος ή να αναπαραχθεί από λογισμικό υπολογιστή, έτσι ώστε η νευρική του δραστηριότητα να προσομοιώνεται από ένα πρόγραμμα υπολογιστή. Οι ερευνητές του TU Wien έκαναν ακριβώς αυτό, και στη συνέχεια εκπαίδευσαν το πρόγραμμα να ισορροπεί έναν μικρό στύλο στην άκρη της ουράς του.

Το C.elegans πρέπει να λειτουργεί με μόλις 300 νευρώνες, οι οποίοι όμως είναι αρκετοί για να διασφαλίζουν πως το σκουλήκι θα μπορεί να προσανατολίζεται, να τρώει και να αντιδρά σε εξωτερικά ερεθίσματα. Η συμπεριφορά του καθορίζεται από τα κύτταρα των νεύρων του και την ισχύ των συνδέσεων μεταξύ τους.

Όταν αυτό το απλό δίκτυο αντανακλαστικών αναπαράγεται σε έναν υπολογιστή, τότε το σκουλήκι- προσομοίωση αντιδρά με ακριβώς τον ίδιο τρόπο σε virtual ερεθίσματα, όχι επειδή κάποιος το προγραμμάτισε να το κάνει, αλλά επειδή αυτού του είδου η συμπεριφορά είναι εκ των προγραμμάτων «καλωδιωμένη» στο νευρικό δίκτυο.

TUWIEN.AC.AT

«Αυτή η ενστικτώδης αντίδραση ενός τέτοιου νευρικού κυκλώματος είναι πολύ παρεμφερής με την αντίδραση ενός στοιχείου ελέγχου που ισορροπεί έναν στύλο» λέει ο Ραμίν Χασανί, του Ινστιτούτου Μηχανικών Υπολογιστών. Πρόκειται για ένα τυπικό πρόβλημα ελέγχου, το οποίο μπορεί να λυθεί σχετικά εύκολα: Ένας στύλος τοποθετείται στο κάτω άκρο και πρέπει να μείνει όρθιος. Όποτε αρχίζει να γέρνει, το κάτω άκρο πρέπει να κινείται ελαφρώς για να ισορροπεί ο στύλος.

«Με τη βοήθεια του reinforcement learning, μιας μεθόδου γνωστής επίσης ως “εκμάθηση με βάση πειραματισμό και ανταμοιβές”, το τεχνητό δίκτυο αντανακλαστικών εκπαιδεύτηκε και βελτιστοποιήθηκε στον υπολογιστή» εξηγεί ο Ματίας Λέχνερ, ένας από τους ερευνητές. «Κανένας άνθρωπος δεν έγραψε ούτε μια γραμμή κώδικα…απλά προέκυψε εκπαιδεύοντας ένα βιολογικό νευρικό σύστημα», προσθέτει ο Ράντου Γκρόσου, άλλος ένας εξ αυτών.

Στη συνέχεια η ομάδα των ερευνητών θα πάει παραπέρα, εξερευνώντας περαιτέρω τις δυνατότητες αυτών των κυκλωμάτων ελέγχου, με το πρόγραμμα να θέτει το ερώτημα εάν τελικά υπάρχει θεμελιώδης διαφορά μεταξύ των «ζωντανών» νευρικών συστημάτων και του κώδικα υπολογιστή.



Source link