Как серьезное исследование мозга мушки превратилось в интернет-мем — модель ее мозга научили играть в Doom и торговать криптовалютой
Ученые впервые опубликовали полную карту центральной нервной системы взрослой плодовой мушки, надеясь сделать шаг к пониманию природы неврологических болезней человека. Однако открытый доступ к данным привел к неожиданному результату: цифровую модель начали использовать для выполнения нестандартных задач.
В октябре 2024 года исследователи из Принстонского университета совместно с консорциумом FlyWire представили в журнале Nature схему мозга самки Drosophila melanogaster, насчитывающую почти 140 000 нейронов и более 50 миллионов синапсов.
В сентябре 2026 года команда из HHMI Janelia Research Campus, Кембриджского университета и Google Research опубликовала в издании Cell полный коннектом мужской особи. Эта модель под названием MaleCNS охватила не только центральный мозг, но и брюшную нервную цепочку — аналог спинного мозга позвоночных. База данных содержит сведения о 166 700 нейронах и около 125 миллионов синаптических связей.
Мозг плодовой мушки имеет размеры около 750 на 350 и 250 микрон, что меньше макового зернышка, однако он содержит около 150 метров нейронных связей толщиной от 50 до 100 нанометров. Чтобы создать его точную цифровую карту, ученые использовали метод серийной электронной микроскопии. Биологический образец превратили в твердый блок и нарезали алмазными ножами на более чем 7 000 ультратонких слоев толщиной около 40 нанометров каждый. Каждый срез был отсканирован, в результате чего исследователи получили 21 миллион изображений с общим объемом свыше 40 триллионов пикселей.
Для объединения двухмерных снимков в трехмерную модель использовались алгоритмы искусственного интеллекта, в частности нейросетевая технология Flood-Filling Networks от Google.
Программа автоматически определяла границы клеток, однако для проверки и исправления ошибок компьютерного распознавания потребовалось участие людей. Коллективные усилия тысяч волонтеров и ученых составили примерно 33 человеко-года ручной проверки. По оценкам исследователей, без использования искусственного интеллекта такой процесс моделирования занял бы около 50 000 человеко-лет.
Отличительной особенностью модели MaleCNS стала именно интеграция брюшной нервной цепочки, что впервые позволило проследить пути от сенсорных рецепторов до моторных нейронов, непосредственно управляющих движением насекомого. Также исследователи обнаружили и нанесли на карту специфические половые диморфные нейроны. Эти клетки отличаются у самцов и самок, отвечая за различные паттерны поведения во время спаривания и обработки сенсорных сигналов.
Как запустить нервную систему в программной среде
Коннектом не является полноценной симуляцией живого разума. Это статическая база данных, точная «схема электропроводки», которая показывает только то, какие нейроны соединены между собой и сколько синапсов образуют эти связи.
В цифровой карте отсутствуют сведения о текущей электрической активности клеток, концентрации химических веществ, наличии нейромодуляторов (таких как дофамин или серотонин), состоянии глии и общем гормональном фоне.
Чтобы эта статическая схема начала функционировать в программной среде, каждый нейрон преобразуется в упрощенную математическую модель. Чаще всего для этого используется модель leaky integrate-and-fire (интегратор с утечкой). Виртуальный нейрон накапливает входные сигналы от соседних клеток, и при достижении определенного порогового значения генерирует собственный импульс, передавая его дальше по цепочке, после чего возвращается в исходное состояние.
Для взаимодействия симуляции с внешним миром — видеоигрой, торговым терминалом или текстовым редактором — разработчики создают специальные программные интерфейсы. Внешние данные (например, пиксели на экране) конвертируются в искусственные сигналы и подаются на виртуальные сенсорные нейроны мушки (обычно на зрительные или обонятельные рецепторы).
Далее импульсы распространяются по сети строго в соответствии с биологической картой синаптических связей. На финальном этапе другой программный код фиксирует активность выходных (моторных) нейронов, которые у реальной мушки отвечают за движение крыльев, лапок или хоботка, и переводит эту активность в команды программы: нажатие клавиши на клавиатуре, движение в игре или выбор торговой операции.
Сама модель при этом не понимает контекста и, в отличие от живого мозга, не обладает способностью к естественной нейропластичности и обучению.
От Minecraft до торговли на криптобирже
Наличие открытого интерактивного датасета позволило программистам начать собственные эксперименты. Уже 7 сентября ютубер Ro0oney опубликовал видео, где смоделированная сеть управляла персонажем в игре Minecraft.
На следующий день другим блогером был выпущен ролик, показывающий, как модель играет в ритм-игру Beat Saber. Он собрал 22 миллиона просмотров и породил интернет-мем, в котором виртуальной мушке поручали самые разные человеческие задачи.
the fly brain can play beat saber pic.twitter.com/AqKMqD6gzP
В последующие дни появились десятки новых проектов. Один продемонстрировал, как симуляция параллельно паркует автомобиль в симуляторе вождения. В проекте под названием DOOM-x-Fly визуальные данные из культового шутера транслировались в модель зрения насекомого, а выходной слой программы анализировал активность тысяч нейронов для нажатия игровых клавиш.
the fly has completed* the ultimate test: parallel parking pic.twitter.com/KqdDg8dvo6
Инженер под ником SpikeCalls пошел дальше и связал симуляцию с физическим миром: он подключил цифровой мозг к камере и четырем моторам реального беспилотника, где зрительные сигналы напрямую управляли тягой винтов.
Инженер криптобиржи Coinbase Алекс Вормут разработал проект Stonkfly: он превратил цифровую копию мушки в дневного трейдера для торговли валютной парой BTC-USDC.
I gave the fly brain $100 to trade bitcoin.
Dopamine neurons are stimulated when the fly makes profit. Neuron activity controls buy/sell decisions and makes trades on coinbase.
Will the fly get rich? pic.twitter.com/XVWSFattGu
Программа конвертирует стандартный свечной график исторических котировок в цветное изображение размером 320x180 пикселей и передает эти RGB-значения непосредственно на фоторецепторы виртуального мозга, распределив изображение между левым и правым «глазом» модели.
В рамках симуляции мушке доступны три действия: купить, продать или удерживать актив. Базовый интервал принятия решений («обдумывания») составляет 500 миллисекунд, а рыночные данные обновляются каждые 60 секунд. За одну операцию алгоритм может поставить до 10 долларов, но не чаще 24 раз в сутки.
Автор внедрил систему биологического подкрепления: рост стоимости портфеля имитирует дофаминовый выброс, который активирует 15 специфических клеток. И наоборот, финансовые потери или списание торговых комиссий активируют две клетки отвращения.
При этом алгоритм лишен возможности использовать кредитные плечи или играть на понижение (шорт).
Код проекта Stonkfly выложен в открытый доступ на GitHub для операционных систем macOS и Linux. Для запуска собственного «нейро-трейдера» требуется 16 ГБ оперативной памяти, установленный Python 3.11 и компилятор с поддержкой C++ 17. По умолчанию симуляция работает в тестовом режиме со стартовым виртуальным балансом в 100 долларов, однако разработчик оставил инструкции для подключения алгоритма к реальному счету.
Этические вопросы
Массовое использование цифровой модели в развлекательных целях вызвало этические дискуссии на площадках вроде Reddit. Пользователи начали высказывать обеспокоенность возможными цифровыми страданиями смоделированного существа.
Возникли вопросы относительно того, испытывает ли виртуальная мушка стресс или боль, когда ее заставляют непрерывно обрабатывать данные из видеоигр или финансовых рынков. Ситуацию даже сравнивают с антиутопиями уровня сериала «Черное зеркало» и концепцией «Матрицы».
Нейробиологи опровергают возможность существования сознания или способности чувствовать в рамках текущей технологии.
Коннектом является исключительно статической картой синаптических связей. Созданные на ее основе цифровые симуляции используют упрощенные математические модели нейронов, которые не отражают всей сложности биологического организма.
В программной среде отсутствуют физиологические процессы, обеспечивающие жизнедеятельность и восприятие: обмен веществ, глиальные клетки, гормональный фон и способность к нейропластичности.
Несмотря на то, что у живых плодовых мушек есть болевые рецепторы и они реагируют на негативные раздражители, виртуальная модель лишена способности испытывать боль или усталость.
«Дофаминовый выброс» в проектах вроде Stonkfly является лишь математической переменной в коде программы, а не реальным химическим веществом.
Реальная научная ценность проектов FlyWire и MaleCNS не связана с интернет-трендами. Поскольку плодовые мушки имеют около 75% генов, связанных с болезнями человека, точная карта их мозга позволит исследователям изучать механизмы развития таких заболеваний, как болезнь Паркинсона или Альцгеймера, на уровне отдельных нейронных цепочек.
Также структура коннектома поможет в разработке более эффективных архитектур для искусственного интеллекта. Что касается цифрового моделирования мозга человека, то из-за масштабов (около 86 миллиардов нейронов по сравнению со 166 тысячами у мушки) эта задача пока остается технологически недостижимой.
«Наша Нiва» — бастион беларущины
ПОДДЕРЖАТЬ
Комментарии