Новосибирские ученые создают первый в мире виртуальный организм

1_1.jpg 2_1.jpg 4_1.jpg 3_1.jpg

При поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ) новосибирские ученые совместно с зарубежными коллегами работают над созданием первого в мире виртуального организма – червя нематоды. Результаты исследований могут стать важным шагом на пути к созданию искусственного интеллекта.

Работы над созданием первого в мире виртуального организма ведутся научными коллективами по всему миру уже достаточно давно. Главной целью, к которой стремятся ведущие умы человечества, является создание полнофункциональной компьютерной модели мозга человека - эта идея издавна привлекала исследователей, несмотря на колоссальную сложность работ. Однако для того, чтобы в будущем это стало возможно, необходимо сначала изучить и создать модель максимально простого многоклеточного организма, обладающего нервной системой. Этим организмом и стал C. elegans, круглый червь-нематода - пожалуй, наиболее изученный к настоящему времени живой многоклеточный организм. За годы исследований удалось полностью установить последовательность ДНК, включающую около 20 тыс. генов, изучить около тысячи клеток, составляющих организм червя, и выявить взаимосвязи между 302 нейронами этого небольшого существа.

Идея о создании виртуального организма, построенного по образу и подобию настоящего C. elegans, возникла в начале 2000-х годов. Поначалу этой задачей занимались небольшие коллективы с узкой специализацией – например, только нейробиологи или только специалисты по компьютерному моделированию – что, вероятно, в одном случае ограничивало возможности создания изощренных компьютерных моделей, а в другом – лимитировало создаваемые модели уровнем представлений о биологическом строении и функциях настоящего C. elegans. Столь сложная задача требовала объединения усилий специалистов из различных областей знаний: физиологии, нейробиологии, биофизики, кибернетики, компьютерного моделирования, программирования, высокопроизводительных параллельных вычислений – и рано или поздно это должно было произойти.

В начале 2011 года был создан международный проект OpenWorm, объединивший ученых из России, США, Англии, Италии и Ирландии. Участники проекта создают комплекс, включающий компьютерные модели тела червя, его мышечной системы, каждого нейрона и каждого синапса червя нематоды, изучают систему их взаимодействия друг с другом и с остальными системами виртуального организма.

Следует отметить, что ключевую роль в международном проекте OpenWorm играет коллектив российских ученых, возглавляемый к.ф.-м.н., учёным секретарем Института систем информатики имени А.П. Ершова СО РАН (Новосибирск) 33-летним Андреем Юрьевичем Пальяновым, получившим поддержку РФФИ в рамках конкурса «Мой первый грант» (проект №14-07-31039) для осуществления данного проекта.

По словам ученого, создание полнофункциональной модели действующей нервной системы станет идеальным критерием проверки адекватности современных представлений мировой науки о фундаментальных принципах ее работы. Следует также отметить, что обладание фундаментальными знаниями и техническими средствами для моделирования нервной деятельности реальных живых организмов в некотором достаточно отдаленном будущем, вероятно, приведет к выходу за рамки естественного биологического разума – к проектированию и реализации искусственных нервных систем на основе этих новых знаний.

В настоящее время уже получены важные научные результаты: была создана действующая модель тела червя, мышечная система и фрагмент окружающей среды, в которой действуют все необходимые физические законы (вязкость, упругость, силы давления в жидкости, поверхностное натяжение, гравитация, силы трения). Идет непрерывное изучение механизмов работы нервной системы, необходимое для корректной работы ее модели. Однако есть и ряд сложностей: в частности, механизмы обучения и памяти, зачатки которых обнаружены даже у такого «простого» организма, до сих пор остаются тайной для ученых.

А.Ю. Пальянов рассказал и о других трудностях, стоящих на пути исследователей в рамках создания виртуальной нервной системы нематоды: «Сложности до сих пор встречаются на каждом шагу. Некоторые – ожидаемы, многие – еще только предстоит осознать по мере приближения к ним. Их спектр довольно широк – от чисто технических вопросов, касающихся сложности программной реализации той или иной системы, или существенного недостатка вычислительных мощностей, до недостатка данных о строении и механизмах работы нервной системы реального C. elegans. К счастью, поддержка РФФИ на ближайшие два года поможет нам решить хотя бы отчасти вопрос с вычислительными мощностями – а это уже немало».

Что же касается создания искусственного разума, то важно отметить, что у исследуемого червя-нематоды всего 302 нейрона, тогда как у человека - около 86 миллиардов. Но даже несмотря на эту огромную разницу, преодоление всех сложностей и создание виртуальной модели маленькой нематоды позволит сделать важный шаг на пути к пониманию биологического разума, а в более отдаленном будущем - и к созданию искусственного интеллекта.

Вы можете отметить интересные вам фрагменты текста, которые будут доступны по уникальной ссылке в адресной строке браузера.

Помог ли вам материал?
3    0