最高精度“智能线虫”如何诞生？揭秘背后关键技术智东西（公众号：zhidxcom）作者

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智东西（公众号：zhidxcom）
作者|心缘
编辑|漠影
智东西6月2日报道，在本周二开幕的2022北京智源大会上，智源研究院公布了一项面向类脑智能的重要进展：研发出当前已知生物精度最高的仿真秀丽线虫模型“天宝1.0” 。它能像真实线虫一样，实现嗅探、蠕动等智能行为。

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智源研究院院长黄铁军认为，面向2030新一代人工智能（AI）的主要技术路线有三条：一是信息智能，包括竞争已趋于白热化的深度学习及其发展的自监督学习；二是具身智能，通过强化学习在数字孪生或虚拟世界进行训练；三是类生智能，利用生物神经网络做出人工神经网络、神经系统甚至人工智能的生命。
面向难度更大的第三条路，智源研究院组建了生命模拟研究中心，并启动“天演”人工智能生命模拟工程。该工程的主要任务是搭建运行效率最高、模拟级别最精细、高精度生命模拟仿真软件系统，通过构建生命智能模型挖掘生物智能机制机理，启发和探索新一代人工智能。

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天宝1.0便是这一工程的成果首秀。通过与智源研究院院长、北京大学教授黄铁军，智源生命模拟研究中心负责人、副主任马雷深入交流，智东西了解到这个处在神经科学与人工智能交叉领域的开创性研究工作的更多细节。
一、从模拟生物神经元，探索揭开智能的奥秘神经科学领域已经认定了多种模式动物，这些动物在生物中有代表性，其身体及神经系统的构造相对便于通过各种科研仪器进行研究。
其中，秀丽线虫是当前生命研究最小的模式动物。它结构简单而功能完备：仅约1mm体长、302个神经元，却足以完成感知、逃逸、觅食、交配等一系列通用智能行为。近20年，有三次诺贝尔获奖的工作，均是围绕秀丽线虫实验展开。

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自然界已经验证了生物神经网络的行之有效。生物神经元表征生物智能性，精细神经元具有的树突计算过程的非线性、高稀疏性，是现有简单神经元复杂深度网络难以表征的，所以神经元模拟的精细化程度越高，越能表征生物的智能水平。
2020年10月Nature子刊发表的一篇论文曾论断：19个神经元控制了一辆自动驾驶汽车。如此推演， 302个神经元，已经孕育有巨大的生物智能潜力。
另一篇去年8月在神经科学顶刊NEURON上发表的论文研究结果显示，大概5-8层深度神经网络才能模拟单个生物神经元所表征的计算复杂度。
生物脑的精细模拟，已是启发新一代AI的重要路径。随着科学家们对秀丽线虫神经系统研究地愈发透彻，实现秀丽线虫的精细模拟，有可能帮助我们去真正地揭开智能的奥秘。
天演团队结合力学、计算神经学、图形学等多学科交叉创新，创建了一个更适合AI模拟生物神经元的研究路径：建模—有限元求解—简化流体模型—强化学习—可视化。
通过采用多种离子通道模型、Hodgkin-Huxley模型和多舱室模型等数学模型，他们完成了秀丽线虫全部302个神经元及连接关系的精细建模，其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。
团队对106个感知运动神经元组成的嗅觉和运动神经环路完成高精度建模，高精度还原了五类神经元（感觉神经元、中间神经元、指令神经元、头部运动神经元及身体运动神经元）电生理动力学。