Плодовая мушка летит в Minecraft.
В комнате, построенной из стеклянных блоков, все четыре стены прозрачные, пол выложен серым каменным кирпичом, а за окном — характерное для Minecraft голубое небо.
Маленькая красно-коричневая плодовая мушка зависла в воздухе, машет крыльями, пролетает несколько клеток, поворачивает, переворачивается, то головой влево, то брюшком вверх, словно настоящая муха, только что помещённая в банку и ещё не разобравшаяся в ситуации.
Её полёт направляет не игровой скрипт, а полный коннектом (набор связей) центральной нервной системы самца плодовой мушки.
166 700 нейронов разряжаются в симуляции, и эта нейронная активность напрямую определяет каждый поворот этой виртуальной мушки.
Происхождение этой карты мозга, кодовое название MaleCNS v1.0, весьма внушительно:
HHMI Janelia, Кембриджский университет и Google Research работали над ней десять лет, только ручная проверка заняла 44 человеко-года, а 3 сентября она только что была опубликована в журнале «Cell».
Но всего через два дня её уже засунули в игру.
Сделал это не какая-то ведущая лаборатория, а аспирант из Технологического института Джорджии по имени Эван Смит, и ему помогал лишь один помощник: GPT-6 Astra.
Эван Смит
Научный результат, который готовили десять лет, превратился в симуляционный мод для песочницы менее чем за неделю.
Он разрушил стену между передовой наукой и народными гиками всего за два дня.
Эван Смит оставил в исходном посте три фразы: «V1 всё ещё в разработке», «Выполнено с помощью GPT-6 Astra» и «Код и мод скоро будут выпущены».
Комментарии мгновенно взорвались.
Кто-то назвал это версией «Матрицы» для плодовых мух, кто-то сказал, что симуляционная гипотеза, похоже, верна, а кто-то посочувствовал этой мушке: представь, что ты — симулированная плодовая мушка, не чувствующая никаких запахов.
Бывший дизайнер OpenAI Пьетро Ширано оставил комментарий, перефразированный из Чжуан-цзы:
Теперь я не знаю, снилось ли мне тогда, что я стал плодовой мушкой, или же сейчас я — плодовая мушка, которой снится, что она человек.
Хотя код ещё не опубликован, это уже говорит об одной вещи: порог полномасштабного моделирования мозга падает до уровня личного проекта.
166 700 нейронов
Одна первоклассная карта мозга с открытым исходным кодом
Карта MaleCNS, помещённая на этот раз в игру, является первым полным коннектомом центральной нервной системы самца плодовой мушки.
Это не просто мозг.
Он охватывает центральный мозг, зрительные доли, а также включает в себя брюшную нервную цепочку, эквивалент спинному мозгу плодовой мушки. Самое главное, что нейронные связи в области шеи полностью сохранены — впервые на одной карте показано, как мозг управляет телом.
MaleCNS охватывает три области: центральный мозг (зелёный), зрительные доли (фиолетовый), брюшная нервная цепочка (синий). Слуховой, зрительный и обонятельный входы впервые соединены с двигательным выходом на одной карте.
Учёные также обнаружили 262 типа клеток, специфичных для самцов, и 114 типов клеток, морфологически различающихся у обоих полов.
Эти различия сосредоточены в областях высшего порядка мозга, что не только объясняет гендерные различия в ухаживании и агрессивном поведении плодовых мух, но и подтверждает, что небольшие изменения в нейронных цепях могут вызывать эффекты на уровне всего мозга.
Различия в одном и том же типе нейронов AOTU008 у самцов (зелёный) и самок (пурпурный). У самцов есть два дополнительных проекционных отростка.
Как была создана эта карта мозга с 125 миллионами синаптических связей, самая большая на сегодняшний день по количеству нейронов?
Исследователи сначала разрезали плодовую мушку на миллионы тонких срезов и сканировали каждый с помощью электронного микроскопа; затем Google задействовал сети flood-filling networks и систему PATHFINDER, чтобы собрать огромное количество двумерных срезов обратно в трёхмерную морфологию нейронов; наконец, специалисты из Janelia вручную проверили и аннотировали каждый нейрон.
Небольшая часть нейронов мозга и центральной нервной системы самца плодовой мушки, вид спереди сбоку (слева) и вид сверху (справа).
Десятилетний труд, вложенный тремя ведущими институтами, завершился интерфейсом, неожиданно дружелюбным к гикам: весь набор данных полностью открыт под лицензией CC-BY.
Вам нужно только зарегистрироваться и получить токен, выполнить команду pip install, написать несколько строк кода, и связи любого нейрона, входящие и исходящие, окажутся у вас на компьютере.
Мозг, содержащий 125 миллионов синапсов, превратился в файл с открытым исходным кодом, доступный для скачивания каждому.
Пробуждение этого мозга
Какие именно шаги для этого потребовались?
Что именно в инженерном плане было реализовано, чтобы превратить схему соединений в виртуальную плодовую мушку?
Карта нейронных связей по сути является лишь статичной «схемой подключения». Чтобы превратить эту схему в работающую виртуальную жизнь, нужно инженерно реализовать три ключевых процесса.
Первый — это нейронная динамика.
Для каждого нейрона необходима математическая модель, описывающая, как он накапливает входные сигналы и когда разряжается. В научном сообществе сейчас часто используется модель leaky integrate-and-fire.
Только подключив уравнения динамики, статичные «провода» превратятся в пульсирующий поток данных.
Второй — сенсорный ввод. Освещение, стеклянные блоки и расстояния в Minecraft должны быть точно закодированы в зрительные нейроны мушки.
Третий — двигательный выход. Как электрические сигналы нервной системы преобразовать в физическое перемещение персонажа в игре?
По совпадению, как раз статья в Cell предоставляет готовый путь: от зрительных нейронов R1 до R6 к двигательному нейрону DNg13 — это полностью изученный зрительно-двигательный путь.
Полный зрительно-двигательный путь, продемонстрированный Janelia: от зрительных нейронов R1-R6 до двигательного нейрона DNg13.
Достаточно правильно реализовать интерфейс на этом пути, и виртуальная мушка должна реагировать реалистично, увидев блок перед собой.
Карты мозга, ИИ и игровые движки для песочниц
Порог для научных исследований окончательно снижен
Почему магистрант смог реализовать полное моделирование всего мозга всего за два дня?
Давайте посмотрим, что сошлось воедино за эту неделю.
Первое — это полностью открытая карта мозга.
Она предоставляет структурные данные с точностью до нанометра и готовый к использованию API.
Второе — это стремительно растущие возможности ИИ в написании кода.
Превращение таблицы связей сотен тысяч нейронов в работающий симулятор требует огромного количества трудоёмкой работы по созданию интерфейсов: чтение данных, построение сети, написание динамики, подключение к игровому движку.
Раньше это была работа на несколько месяцев для команды профессиональных инженеров, а теперь GPT-6 Astra снизила объём работы до уровня, с которым аспирант может справиться в свободное время.
Третье — это игровые движки для песочниц, которые есть у каждого.
В Minecraft есть собственная экосистема модов, физические правила, освещение и столкновения. Чтобы проверить, будет ли мушка избегать препятствий, достаточно поставить несколько стеклянных блоков в качестве стены; чтобы проверить, будет ли она лететь на свет, достаточно поставить факел.
Карта предоставляет структуру, ИИ снижает инженерный порог, игра предоставляет интуитивно понятный визуальный мир.
Наложение этих трёх факторов превратило научную задачу, которая раньше требовала проектирования, финансирования и формирования команды, в воспроизводимую открытую игру.
Сравним с историей полномасштабного моделирования мозга.
Самый известный проект OpenWorm: у нематоды всего 302 нейрона, учёные и инженеры создавали открытое сообщество и работали над ним более десяти лет, чтобы виртуальный червь смог извиваться в симуляторе.
Даже полгода назад, чтобы подключить модель всего мозга самки мушки FlyWire от Eon Systems к физическому движку MuJoCo и заставить виртуальную плодовую мушку ходить, чиститься и питаться, требовалась высокая настройка: специализированная компания плюс лабораторный физический движок.
Даже основатель Neuralink Илон Маск прокомментировал с изумлением.
А в этот раз количество нейронов плодовой мушки более чем в 500 раз превышает количество нейронов нематоды, но требования снизились до одного аспиранта, одного ИИ и одного компьютера, способного запускать Minecraft.
Можно предсказать, что после публикации кода этот мозг плодовой мушки будет подключён к Unity, Unreal Engine и даже к реальным корпусам роботов. Из одной и той же карты вырастут бесчисленные разные цифровые плодовые мушки.
Возможно, самое большое изменение, которое передовой ИИ приносит в науку, — это не непосредственное открытие истин для учёных, а резкое снижение порога «кто имеет право проверять на практике».
Романтическая гипотеза 2000-летней давности
Впервые обретает код
Бывший дизайнер OpenAI Пьетро Ширано, репостя пост Эвана, оставил комментарий, перефразированный из Чжуан-цзы.
Романтика «Чжуан-цзы, видевшего себя бабочкой во сне» перед лицом науки по-прежнему остаётся непреодолимой физической пропастью.
Способность управлять поведением отнюдь не равносильна наличию сознания.
Текущий проект может лишь доказать, что смоделированная нейронная активность управляет движением персонажа.
Эта плодовая мушка из блоков, кружащая в стеклянной коробке, не чувствует запахов, не ощущает температуры. Есть ли у неё субъективный опыт, видит ли она сны — никто не знает.
Но прогресс науки всегда основывался не на умозрительных рассуждениях, а на проверке на уровне поведения.
Изменяя игровую среду, будет ли она стабильно реагировать? Нарушив несколько нейронных связей, изменится ли её траектория полёта? Отключив часть нейронной активности, не перестанет ли она работать?
Раньше для ответа на эти вопросы требовались длительные лабораторные эксперименты, хлопотное выращивание насекомых, создание генетических нокаутов, долгое ожидание результатов.
Теперь исследователи могут сначала «разорвать» несколько строк кода в компьютере и запустить симуляцию, выбрать гипотезы, действительно заслуживающие проверки, а затем вернуться к проверке на настоящих плодовых мушках.
Шестидневная личинка рыбки данио-рерио, в прозрачном силуэте которой загорается около 140 тысяч нейронов, классифицированных по типам. Это первый коннектом всего мозга позвоночного, также были сопоставлены записи активности всего мозга той же самой рыбы.
Можно предсказать, что после публикации кода этот мозг будет подключён к Unity, Unreal Engine и даже к реальным корпусам роботов.
Из одной и той же карты вырастут бесчисленные разные цифровые плодовые мушки.
В течение долгого времени для того, чтобы заставить мозг плодовой мушки двигаться в цифровом теле, требовалась целая компания и лабораторный физический движок.
Теперь достаточно одного аспиранта, одного ИИ и одного компьютера, способного запускать Minecraft.
Эта плодовая мушка в мире из блоков, хотя и выполняет физические команды нервной системы, остаётся неизвестным, будет ли она видеть сны (обладать сознанием и жизненным опытом).
Но, по крайней мере, на этот раз тем, кто хочет продолжить поиски этого ответа, больше не нужна поддержка какой-либо ведущей лаборатории.
Ссылки:
https://male-cns.janelia.org/download/
https://x.com/skirano/status/2096329737446531328
https://x.com/evnsnclr/status/2095975490708291948
https://www.janelia.org/project-team/flyem/male-cns-connectome
Статья из WeChat официального аккаунта «Новая эра искусственного интеллекта» (ID:AI_era), редактор: Юань Юй
