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某科學の超電報

把蟲腦放進樂高機器人裡,結果真的動起來啦!

2017/12/20 |

快訊分類學園都市必備 快訊標籤OpenWorm, 大腦, 攻殼機動隊, 和 線蟲

永生是人類從古至今不曾消失的夢想。隨著現代科技的進步,以及科學家對神經科學的認識:「大腦運作其實就是一連串的電訊號」,《攻殼機動隊》描繪的科幻世界似乎變得可行:「只要能紀錄並保存大腦的資料,上傳到電子大腦,再結合機器義肢,那不就能達到永生了嗎?」

話是這麼說沒錯,但其中一個巨大的挑戰在於:人腦平均有 860 億個神經元,彼此還互相連結。想完整解析神經網路體(connectome、也稱大腦聯結體)、理解「人類如何思考」絕對不是件容易的事。

那麼,如果是簡單一點的神經網絡呢?「開放式蟲蟲計畫(OpenWorm)」的研究團隊就是這麼想的,他們認為將簡單的神經網路建模是理解更複雜的神經網路(如人腦)的第一步,也成功在 2014 年試著把線蟲的小腦袋放入樂高機器人的身體,並且成功讓它「活」起來

大腦神經元發出的每一個電訊號,決定了我們的一舉一動。圖片來源:pixabay

開放式蟲蟲計畫團隊使用的是「秀麗隱桿線蟲(Caenorhabditis elegans)」這種非寄生性線蟲。科學家幾乎已經把這種線蟲裡裡外外看光光(蟲蟲表示:羞),也非常熟悉牠們所有的基因與神經網絡系統。

編按:秀麗隱桿線蟲是重要的模式生物,早在1970年代科學家便開始使用其來進行發育生物學、分子生物學與神經系統的相關研究。牠是第一種完成全基因體定序的多細胞真核生物,也是目前唯一有被測繪出神經連接圖譜的生物。

延伸閱讀:
蟲蟲危機–以線蟲做為模式生物
模式生物(Model Organisms)
Nature:如何測繪神經迴路?

首先,團隊記錄下秀麗隱桿線蟲腦內 302 個神經元間的所有連結,並在電腦軟體中重現。然後他們將模擬蟲蟲大腦運作的軟體程序上傳到一個結構簡單的樂高機器人身上。團隊的最終目標是創造一個存在於數位世界的虛擬版秀麗隱桿線蟲。

在本計畫中借出大腦的秀麗隱桿線蟲(Caenorhabditis elegans)。圖片來源:Penn State@flickr, by NC 2.0

樂高機器人的身體結構與秀麗隱桿線蟲大致相同(雖然機器人外觀看起來跟瓦力87分像):聲納探測器取代鼻神經元,機器人兩側的馬達則對應到負責驅動身體的運動神經元。

雖然科學家特別簡化了人工神經元被觸發的流程,所以線蟲腦的其實模擬並不完整,但根據開放式蟲計畫創辦人之一 Timothy Busbice 釋出的影片,可以看到機器人如何行動:當機器人靠近障礙物,觸發聲納探測器時,會自己停下和轉身,而不是直直的撞上去,而這一連串的動作完全不用外加程式指令輔助,全然是由秀麗隱桿線蟲的神經網路體完成。

目前開放蟲蟲計畫仍在為了最終目標努力著,如果你有興趣加入,官網上可以找到程式碼,也可以用網路瀏覽器直接進行線蟲的神經系統模擬與視覺化研究,或是體驗團隊的最新互動計畫「模擬蟲生(WormSim)」,一邊和專屬於你的秀麗隱桿線蟲玩耍,一邊幫忙更新建模資料吧。

參考資料:

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