智能生命”高精度秀丽线虫诞生，体长仅约1mm拥有302个神经元
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麻省理工科技评论-智能生命”高精度秀丽线虫诞生，体长仅约1mm拥有302个神经元
近年来，计算机技术和 AI 技术的发展可谓蒸蒸日上。根据摩尔定律，相较 1965 年，如今计算机的处理速度已是当年的数亿倍。而 AI 在数据、算力和算法这三大发展基石的“滋养”下，在感知和行为等方面的能力上也有了显著提升。
不过，随着大数据时代的浪潮渐缓和摩尔定律正逐渐走向尾声，深度学习需要另外找到一个新的增长点。众所周知，生物脑是智能之源。北京智源人工智能研究院（以下简称“智源研究院”）院长黄铁军曾在演讲《人类能够制造出超级大脑吗？》时表示：“从脑机理模拟的角度出发，探索生物脑内部的认知过程和范式，才是实现通用智能的根本途径。”
该如何探索第四代人工智能？AI 学者将目光聚焦到了类脑研究这个方向。为推进人工智能的研究与应用，由智源研究院举办了 2022 北京智源大会，并于 5 月 31 日正式开幕。在本次大会上，智源研究院正式发布了天宝 1.0（MetaWorm）——生物精度最高仿真秀丽线虫，高精度模拟秀丽线虫神经系统，迈出智能生命关键一步。
秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans），体长仅约 1mm，有 302 个神经元，历经亿万年进化生存到今天，能够完成感知、逃逸、觅食、交配等一系列智能行为，是今天的人工智能系统难以比拟的。能够完成感知、逃逸、觅食和交配等智能行为。
天宝 1.0 以秀丽线虫为蓝本，是目前为止生物精度最高的仿真秀丽线虫，在智能表征能力、三维动态仿真环境、生物功能重现等维度上实现了重要突破。
2020 年 10 月，一篇名为《Neural circuit policies enabling auditable autonomy》的论文在 Nature Machine Intelligence 上发表。根据该文，19 个神经元就可完成对自动驾驶汽车的控制。生物神经元是生物智能性的表征，神经元的精细化程度越高，其智能水平也就越高。以此推断，这个模拟了线虫全部 302 个神经元的智能线虫具备不可小觑的生物智能潜力。
对于智能线虫的推出是否会改变生命本身的定义，黄铁军院长给出了自己的答案：“首先我想说明的是，生命本身的定义并不会被改变。生命科学的主题是生命研究本身，人工智能的发展会促进生命科学的发展，生命科学也对人工智能的发展起到了一定的支持。从人工智能的发展来看，我们远没有达到改变生命定义的时候。”
为了让人工智能能够更好地模拟生物神经元，天演团队结合计算神经学、运动力学、图形学等多学科的交叉创新，为智能线虫构造了更适合人工智能体训练的流体仿真环境。这个环境框架包含三维建模、有限元求解、简化流体模型、强化学习和可视化等多个模块。
值得说明的是，首先，天宝拥有逼真的身体软体和线虫肌肉，所模拟的生物神经元为细胞和亚细胞级别。其次，团队对智能线虫 302 个神经元及其连接关系进行了精细建模，并对其中 106 个感知和运动神经元组成的嗅觉和运动神经环路进行了高精度建模，整体精细程度能达国际最高水平。
神经元结构模拟采用多舱室模型，单神经元舱室最多 2313 个，神经元生理模拟支持 14 种离子通道，亚细胞级别的精细突触位点连接，高精度还原了神经元的电生理动力学。
此外，相较 OpenWorm 的仿真方案，智能线虫的计算效率更高，所形成的流体仿真环境也有了更大的规模，更适合成为智能体学习训练复杂任务的环境。最后，团队结合了神经系统与肌肉动力学领域的核心技术，让智能线虫能够在三维流体仿真环境下完成动态蠕动前行。
天演团队强调，目前的成果代表精细神经元模拟向通用人工智能的可行性路径前进了一步。下一阶段，将计划逐步实现避障、觅食等更复杂的智能任务。
据了解，天演团队未来将逐步搭建高精度大规模的生物神经元模拟平台，赋能众多科研领域和行业应用。比如，高精准医疗行业可以把亚细胞级别的各种离子通道模型、高精度虚拟心脏模型所需要的关键计算以及 Hodgkin-Huxley 模型三者部署在具有多个 GPU 集群的天演平台上，这将有利于推动高精度虚拟心脏模型应用问题的解决。
智源生命模拟研究中心副主任马雷表示：“物竞天择，自然演进，即为天演，我们希望通过‘模拟’尽可能精细模拟真实的生物大脑，重复实现智能的‘自然选择’过程。通过不断提升模拟规模，创造出决策逻辑像人类、思考速度如光电的超级智能。”
天演团队表示，天演团队将持续实现模式动物和重要生物器官的精细模拟，构建生命智能模型并挖掘生物智能机制机理，启发和探索新一代人工智能，从果蝇、斑马鱼、小鼠直至最高智慧的人类大脑。。
不仅如此，该团队还将继续完善高精度生命模拟仿真平台，并使该平台的水平发展到具有世界最高的运行效率和最精细的模拟级别，在推动脑科学与类脑智能等研究的基础之上，促进药物研发、医疗诊断等众多行业的发展。
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