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60位程序员研究三年,只为创造一只活在乐高上的蠕虫

Posted by 破冰 on 2017-9-3 17:36 Sunday

60 位程序员研究三年,只为创造一只活在乐高上的蠕虫

在著名赛博朋克小说《仿生人会梦见电子羊吗?》一书中有着这样的情节:在未来世界中,由于地球生态被破坏,生物数量大大减少,拥有一只活生生的宠物已经成为了奢侈,大多数人拥有的是电子宠物。

比如一只外表、行为和真羊一模一样,但是由芯片和传感器组成的电子羊。

如今小说中的情节已经走入现实,虽然你还不能拥有一只电子羊,但你可以拥有一只电子蠕虫,一只存在于乐高机器人上面的电子蠕虫。

我所说的,是一项名为 Open Worm(开放蠕虫)的项目。该项目由美、欧、俄三国共同开发,用代码模拟了 302 个神经细胞,并建立了其连接形式,从而在计算机上完全模拟一种名为秀丽隐杆线虫的基因和行为。

为什么是秀丽隐杆线虫呢?因为它是自然界中拥有神经系统的最简单的生物之一。秀丽隐杆线虫共有 1090 个细胞,其中 302 个(或 381 个)神经元细胞,约占体细胞总数三分之一。而且这种生物的神经元结构很简单,神经与肌肉间的接口有六百余个。

如果熟悉神经网络的人,一定会知道,我们的思想、行为基本都来自于神经元之间的传递和感应,如果说神经系统是我们的“精神”,那么剩下的细胞基本用于组成我们的肌肉、骨骼、血液等等,也就是我们的“肉体”。

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所以,能够完全模拟线虫神经细胞的 Open Worm,等于在真正意义上“掌握”了创造秀丽隐杆

线虫的方法。在一部视频中,我们看到了 Open Worm 移植到乐高机器人上的效果。视频中的机器人和大多数机器人一样,在墙壁上碰壁后转移了方向。但和普通机器人相比,这一行为的出发点是完全不同的。

普通机器人一般是应用了 SLAM 算法(即时定位与地图构建),构建完房间内的地图后就不会再碰壁。而 Open Worm 的动作完全来自于从传感器到神经元处理,再通过轴突传递到“肌肉(机器人的轮子)”并进行动作的过程。

换句话说,普通机器人的动作是提前写代码写好的,而搭载了 Open Worm 的机器人的动作是自发的。

那模仿这样简单的生物究竟有什么意义呢?因为线虫的神经细胞虽然少,却能感受外界刺激,受温度、触摸等等影响可以调动神经细胞刺激肌肉做出相应运动,甚至可以做出进食、排泄、求偶等等行为——可以说是非常像人了。

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(《黑镜圣诞特别篇》中,描写了有关从大脑中抽取意识活在虚拟意识的情节)

这也是 Open Worm 项目背后的终极目的,一步步模仿动物的神经细胞运动,直到可以研究人类。这个项目,也属于之前聊过的“人工大脑”一类的研究,不过 Open Worm 比大多数直接去构建人工大脑的项目要务实的多。

Open Worm 给了我们两个启示,一个是应用上,另一个则是哲学上的。

首先在应用上:我们是否有可能开发出拥有人类,或者是某一种动物一样意识的机器人?目前看来,软件和硬件上的阻碍都不小。

软件上,也就是 Open Worm 这样的神经网络项目,光是模拟有几百个神经元的线虫就费了这么大力气,更别提猫猫狗狗甚至人类了。

硬件上,首先目前大多数机器人还是比较粗糙,能达到毫米级已经很不错了,而生物细胞的组成最起码是纳米级。另外,即使抛开机器的概念不讲,只让模拟生物存在于电脑上也不是件容易事,越完善的生物,就意味更多的神经元和更高的运算量。

至于人脑中的 1000 亿神经元,只能是超级计算机才能模仿的,甚至在 2013 年,日本和德国研究人员曾经用超级计算机模仿过人脑运作,结果超级计算机模仿人脑 1 秒的运作需要两天半。

而在哲学上,用计算模仿意识是为了探寻意识究竟是什么,它又是怎样诞生的。而我们又该如何为“意识”一词下定义,仅仅是简单的“感知—决策”,还是涉及到情绪、记忆等等更复杂的问题。

Open Worm 这只由代码组成的蠕虫,究竟算不算是“生命”?当我们可以模仿更高级的动物的意识时,我们又该如何定义生命的开始和结束?通过肉体还是意识?

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当然,现在讨论这些话题都太远了。我们可以看看目前 Open Worm 的发展进程。如今距离 Open Worm 正式开启已经过去了六年,这个项目曾经在 Kickstarter 上处于众筹状态,总共有 799 人参与了众筹。

参与众筹者小则获得 Open Worm 的贴纸,大则获得 Open Worm 的源代码,甚至还推出了 Open Worm 的相关视频课程。获得了源代码,不仅能将线虫搭载到机器人上,更可以在浏览器中打开页面,从多种角度观察线虫的细胞是怎样运动的。目前团队创始人正在进一步研究拥有更复杂神经元的动物,比如斑马鱼、蜜蜂等等。

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其实 Open Worm 并不是探寻生物意识的唯一案例,世界范围,包括中国都有过相关的研究,已经上升到果蝇、蜜蜂等等更复杂的生物。不过大多数项目都是非开放的,不像 Open Worm 一样可以人人参与。

这些研究或许不能像深度学习一样,在短时间内应用到我们的生活中,但可以由内到外的让我们更了解自己。

最直观的好处是,可以治愈一些神经科的疾病,比如帕金森、阿尔茨海默等等。在遥远的未来,或许我们真的可以通过这些虫子和苍蝇研究出“复制”大脑意识的方式,让人类获得永生。

现在 Open Worm 已经在 GitHub 上开源,感兴趣的朋友们快去看看吧。

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