«Мозг» червя загрузили в робот LEGO

Может ли смоделированный цифровым образом мозг на компьютере выполнять задачи так же, как реальный? Простые команды — да, может. Исследователи проекта OpenWorm недавно подключили имитацию мозга червя к колесному роботу. Не будучи запрограммированным на это, робот перемещался вперед и назад и обходил объекты, основываясь только на внешних раздражителях и цифровых нейронах.


Хотя такие роботы уже создавались с помощью обычного программного обеспечения, ученые показали, что цифровой смоделированный мозг может вести себя подобно биологическому аналогу, и продемонстрировали важное значение этой работы для проектов с участием большого мозга.

Инициатива BRAIN в США и Human Brain Project в Европе направлены на картографирование человеческого мозга и в один прекрасный день, возможно, смогут смоделировать мозг в цифровом виде. Такое моделирование может обеспечить ученых пониманием того, как протекают болезни, или осуществить прорыв в области компьютерных наук.

Но когда дело доходит до имитации мозга — лучше начать с простых вещей. Проект OpenWorm начал с непритязательной аскариды C. elegans.

C. elegans — в высшей степени скромное существо, и поэтому ученые выбирают его для экспериментов. Первая карта синаптических связей мозга C. elegans была опубликована в 1986 году, а в 2006 году улучшена.

Мозг червя содержит 302 нейрона и 7000 синапсов. Для сравнения: мозг человека содержит 86 миллиардов нейронов и 100 триллионов синапсов. Сможем ли мы когда-нибудь отобразить полную карту человеческого мозга — горячо обсуждаемая тема. Но поскольку мы уже отобразили синаптические связи C. elegans, ученые проекта OpenWorm решили, что смогут снабдить мозг червя несколькими внешними датчиками и дать ему роботизированное тело для выполнения инструкций, которые выдает мозг.

Как вы можете видеть на видео, робот движется как какой-нибудь Roomba, за одним важным исключением — навык Roomba избегать препятствия запрограммирован программистами. Движения же робота OpenWorm — нет.

Клетки мозга синаптических связей червя помечаются сенсорными нейронами, двигательными нейронами и интернейронами (соединяющими два нейрона). Команда OpenWorm стимулирует эти нейроны и их связи посредством программного обеспечения. Цифровые нейроны суммируют входящий сигнал и активируются, когда те превышают определенный порог (почти как в реальной жизни, хотя и не совсем).

Сенсорные нейроны связаны с сенсорами робота — эхолотом, к примеру, который располагается в носу червя. Нейроны моторики движут левые и правые части робота, как если бы они были левыми и правыми группами мышц.

Впечатляет? Робот ведет себя подобно настоящему червю при воздействии похожих сенсорных стимулов. Конечно, эта имитация не идеальна, а сам робот не обладает всеми сенсорными вводами, которые могут быть у червя, но робот OpenWorm демонстрирует, что стимулирование цифрового мозга похоже на работу настоящего — хотя мы можем и не знать деталей его работы. Грубо говоря, поведение мозга вырабатывается спонтанно.

В этом примере мы говорим о простейшем поведении. Но что, если масштабировать результаты? Допустим, вы точно картографируете человеческий мозг и заставите его реагировать на виртуальную или физическую среду — будет ли такой мозг демонстрировать качества, которые мы ассоциируем с работой независимого человеческого мозга? Будет ли проявлять творчество и сознание? Есть только один способ узнать это.