W skrócie
- Programiści wykorzystują mapę 166 tys. neuronów muszki owocowej od Google do tworzenia symulacji, w których cyfrowe klony grają w gry czy podejmują decyzje inwestycyjne.
- Analiza prostych układów biologicznych pozwala naukowcom badać mechanizmy działania mózgu, co w przyszłości może wspomóc rozwój medycyny i sztucznej inteligencji.
- Eksperymenty budzą dyskusje o świadomości wirtualnych bytów oraz etycznych aspektach transferu umysłu, co stanowi istotne wyzwanie dla współczesnej bioetyki.
- Więcej podobnych informacji znajdziesz na stronie głównej serwisu, otwiera się w nowym oknie
Programiści zabawiają się repliką mózgu muszki owocowej
Opublikowanie szczegółowego konektomu, czyli komputerowej mapy połączeń nerwowych obejmującej 166 tys. neuronów owada, wywołało nieoczekiwaną falę cyfrowych eksperymentów. Oprogramowanie bazujące na biologicznych strukturach dostarczonych przez Google i partnerów naukowych, dostępne dla każdego w GitHub, stało się fundamentem licznych projektów internautów. Programiści zaczęli powszechnie modyfikować wirtualną tkankę nerwową, sprawdzając możliwości jej adaptacji w środowiskach symulacji. Część twórców przyznaje, że celem ich działań jest przetestowanie najbardziej absurdalnych scenariuszy.
Zwirtualizowane muszki owocowe radzą sobie z wyzwaniami wymagającymi przestrzennego planowania czy szybkiego reagowania na zmienne warunki otoczenia. Eksperymentatorzy z powodzeniem nauczyli cyfrowy mózg wykonywania układów tanecznych, grania w pokera i obsługi kierunkowskazów podczas manewrów drogowych. Deweloperzy prześcigają się w pomysłach, angażując struktury o biologicznych źródłach w inwestycje w kryptowaluty czy obsługę prostych gier zręcznościowych. Niewielki rozmiar bazowej tkanki nie przeszkodził też w uzyskaniu zaskakująco złożonych reakcji motorycznych.
Adaptacja mapy połączeń stała się wyjątkowo prosta dzięki dostępności zaawansowanych narzędzi generatywnych do pisania kodu. Platformy te pozwalają na wprowadzanie gotowych schematów do środowisk trójwymiarowych za pomocą kilku promptów. Projekt pod nazwą FlyWire Codex odnotowuje obecnie po kilkanaście tysięcy pobrań dziennie, stając się jednym z najpopularniejszych fenomenów w świecie programowania. Społeczność deweloperska traktuje te symulacje jako humorystyczny sprawdzian możliwości współczesnej technologii. Ale kryje się za tym znacznie więcej.
Zobacz również:
Wirtualna adaptacja biologicznych układów owada
Wprowadzenie kopii mózgu owada do środowiska gier komputerowych wymagało od twórców przygotowania sztucznych mechanizmów zastępujących realne zmysły. Inżynierowie dodali wirtualnym organizmom odpowiedniki słuchu, dotyku i wzroku, które reagują na dynamiczne zmiany w cyfrowym otoczeniu. Zastosowane rozwiązania opierają się na przetwarzaniu prostej dynamiki czujników na impulsy doprowadzane bezpośrednio do wirtualnej sieci neuronowej. Doświadczenia wykazują, że tego typu awatary potrafią uczyć się trasy i sprawnie nawigować po mapach.
Proces kierowania cyfrową postacią w grze FPS wymagał powiązania układu nagrody z konkretnymi sukcesami w rozgrywce. W momencie wyeliminowania przeciwnika dochodzi do stymulacji receptorów dopaminergicznych, co zachęca system do ciągłego poszukiwania celów. Mimo skomplikowanej struktury sterowania wirtualny osobnik wykazuje pewne trudności w pełnym zrozumieniu zasad rozgrywki. Eksperyment pokazał jednak, że biologiczna struktura po modyfikacji jest w stanie realizować elementarne operacje celowania.
"Dotychczas udało mu się wyeliminować jednego wroga, ale nie sądzę, by zrozumiał, że właśnie to musi robić, aby przejść grę" - skomentował Alex Wormuth, twórca oprogramowania, który wykorzystał narzędzie OpenAI do stworzenia gry Doomfly, opartej na słynnej strzelance Doom z 1993 r. Ktoś inny utworzył projekt fly64, w którym konektom gra w Super Mario 64, a jeszcze inni deweloperzy kazali mu grać w Minecrafta oraz Counter Strike 2.
Jeszcze inny twórca zaimplementował mechanizm strachu wywoływany przez powiększający się ciemny obiekt, imitujący nadlatującą packę na muchy. Reakcją sieci neuronowej na takie bodźce jest natychmiastowa próba ucieczki poprzez gwałtowne obracanie się i skoki postaci. Ten prosty układ sensoryczny pozwolił na uzyskanie wiarygodnych zachowań obronnych bez konieczności kodowania ich tradycyjnymi metodami. System reaguje automatycznie, wykazując elementarne mechanizmy przetrwania w symulowanym środowisku.
Granice technologii. Czy cyfrowy klon ma świadomość?
Naukowcy z uczelni medycznych i ośrodków badawczych zauważają, że obecne eksperymenty odbiegają znacząco od rzeczywistego funkcjonowania żywych organizmów. Tworzenie prostych aplikacji wymaga modyfikowania siły połączeń między poszczególnymi neuronami, co zmienia oryginalną biologię w sztuczny twór.Zastępowanie brakujących elementów fizjologicznych kodem komputerowym sprawia, że modele stają się jedynie luźną inspiracją dla prawdziwego mózgu. Rzeczywiste owady przetwarzają dane w sposób o wiele bardziej złożony, uwzględniając interakcje z tkanką mięśniową.
"Naszym celem nie jest po prostu wykazanie, że mózg jest w stanie generować ruch - bo to oczywiście znane - lecz zrozumienie, jak to robi" - wyjaśnia dr Nelson Spruston, neuronaukowiec z Janelia Research Campus, którego badacze pracują obecnie nad mapami mózgów dwóch gatunków ryb (larwy danio pręgowanego i dorosłej Danionella), co w przyszłości może pomóc w zrozumieniu mechanizmów rozwoju depresji czy choroby Alzheimera u ludzi.
Zainteresowanie konektomem wywołało również dyskusje dotyczące możliwości pojawienia się sztucznej świadomości u cyfrowych istot. Według ekspertów istnieje ogromna różnica pomiędzy realizacją algorytmu a realnym odczuwaniem bodźców. Porównują oni obecne symulacje do komputerowego modelu huraganu, który nie powoduje fizycznych zniszczeń wewnątrz sprzętu. Wątpliwości filozoficzne sprawiają jednak, że dyskusja pozostaje otwarta. Nauka do tej pory nie ma pewności, czym jest świadomość, czy jest ona wytwarzana przez mózg, czy raczej stanowi fundamentalną warstwę rzeczywistości, poprzedzającą materię i ujawniającą się w jej bardziej złożonych formach.
Nierozstrzygnięte pozostaje także pytanie, czy jeżeli skopiujemy czyjś mózg i umieścimy go w grze komputerowej lub innym wirtualnym środowisku, to czy wytworzy się w nim to samo poczucie "ja", tj. czy będzie to ta sama "osoba", czy tylko jej symulacja. Wreszcie stanowi to wyzwanie dla bioetyki. O ile w ramach szowinizmu gatunkowego większość ludzi nie przejmują się dobrostanem muszki owocowej, to czy etycznym byłby tego typu transfer ludzkiego umysłu (przy założeniu, że umysł jest czymś jednostkowym i towarzyszy konkretnemu mózgowi)?
Problematykę tę poruszał m.in. Black Mirror, w którego pamiętnych odcinkach w ramach kary - nieraz niewyobrażalnie sadystycznej - cyfrowego klona człowieka umieszczano w systemie dającym poczucie drastycznie spowolnionego upływu czasu bądź więziono go w specyficznej grze przypominającej klimatem Star Treka. Czy na fundamentalnym poziomie, poza ciałem ludzki umysł różni się od umysłu muszki owocowej?
Co więcej, sądząc po dotychczasowej inwencji deweloperów, można mieć pewność, że ludzie zaczną wykorzystywać repliki mózgów muchy - a potencjalnie także innych ludzi - do wykonywania zadań na wzór agentów AI. Taka darmowa siła robocza, nie mająca w zasadzie żadnego wyjścia (nie znająca niczego poza symulacją lub danym środowiskiem), musiałaby pracować niewolniczo w nieskończoność, użyczając zasobów swojemu panu, którego istnienia nawet nie jest świadoma. Czy to etyczne?
Wszystko to są trudne pytania, które wymagają zaadresowania w ramach dyskusji nad przyszłością cyfryzacji biologii.
Zobacz również:
Przyszłość badań nad prostymi organizmami
Poza humorystycznymi projektami nad zwierzęcym konektomem prowadzone są również poważne badania naukowe, które m.in. mają pomóc w zrozumieniu mechanizmów przechowywania pamięci i reagowania na bodźce zewnętrzne. Uzyskana wiedza może w przyszłości posłużyć do analizy przyczyn powstawania chorób neurodegeneracyjnych u ludzi, a precyzyjne wykresy połączeń nerwowych umożliwią testowanie hipotez dotyczących naprawy uszkodzonych struktur.
Doświadczenia z małymi sieciami biologicznymi pokazują, jak wydajne mogą być wyspecjalizowane jednostki obliczeniowe. Zamiast budować potężne modele językowe, inżynierowie wykorzystują mikrostruktury do rozwiązywania konkretnych, wąskich problemów decyzyjnych. Wykorzystanie biologicznych schematów otwiera też nowe drogi dla inżynierii sztucznej inteligencji.
Być może prawdziwy skok rozwojowy zaliczy ona, gdy zacznie być uruchamiana na układach opartych na bezpośrednich (zwirtualizowanych lub potencjalnie nawet wyhodowanych w formie biokomputerów) replikach mózgów. Od kilku lat rozwijane są jej implementacje na systemach neuromorficznych, czyli naśladujących budowę mózgu - w tym ludzkiego.
Nie należy się jednak spodziewać rychłego wykorzystania ludzkiego mózgu w tego typu eksperymentach, choć nie mamy wątpliwości, że ktoś to w końcu zrobi. Póki co naukowcy używają organoidów, będących uproszczonymi kopiami biologicznymi niektórych jego struktur i tak - one też grają w Dooma, który niekiedy stanowi jedyną znaną im rzeczywistość. Z drugiej strony naukowcy przekonują, że organoidy nie mają świadomości i są jedynie biologicznymi platformami obliczeniowymi.
Porównanie ludzkiego organu posiadającego około 86 mld neuronów z miniaturowym układem owada pokazuje ogrom skali, jaka dzieli nas od pełnej cyfryzacji człowieka. Mimo to małe modele pozwalają na prowadzenie symulacji, które dotychczas pozostawały wyłącznie w sferze fantastyki naukowej. Sukces projektu owadziego konektomu dowodzi, że otwarta nauka staje się kołem zamachowym innowacji technologicznych. Naukowcy liczą na to, że dalsze analizy pozwolą odsłonić fundamentalne zasady działania układów nerwowych.
