高精度智能线虫诞生可蠕动前行

近日，在2022智源大会开幕式上，北京智源人工智能研究院（以下简称智源研究院）发布了天演团队最新科研成果高精度智能线虫天宝1.0。画面中，一条“秀丽隐杆线虫”（以下简称秀丽线虫）正在蠕动前行，就像真的一样。这一幕，让屏幕前的很多观众瞪大了眼睛。智源研究院生命模拟研究中心负责人马雷介绍，通过计算秀丽线虫神经电动力学信号，将其传到肌肉模型，通过肌肉模型不断地传导到前面与环境互动的部分，然后通过线虫的肌肉和水流环境的互动，就可以实现蠕动前行。

“现在，它只是初步表现出类似生物线虫的趋利（食物）避害（毒物）能力，下一阶段将逐步实现拐弯、避障、觅食等复杂智能行为。”马雷说。据了解，作为一种无毒害、可独立生存的最小模式动物，秀丽线虫结构简单却功能完备：仅约1毫米体长、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。

这只透明小生物，是科学研究界的“常客”，近20年来3次诺贝尔奖都与它有关。它是“最简单的生命智能体”，也是通过生物神经机理模拟实现通用人工智能的最小载体。2020年10月，《自然》子刊发表了一篇关于神经元的论文，媒体在报道时使用的标题是“19个神经元控制了一辆自动驾驶汽车”。

“这虽然有些夸张，但也反映了生物神经元计算的巨大潜力。”马雷说，之所以要做高精度的秀丽线虫神经元模型，是因为生物神经元表征生物智能性，精细化程度越高，意味着智能水平也越高，通过实现更高精度的秀丽线虫神经系统，可帮助深挖生物智能更多潜力。“从事智能生命的模拟，可以说是一个长远但是又充满希望的工程。”智能研究院院长黄铁军说。

目前，高精度秀丽线虫模型已突破了神经系统与肌肉动力学结合的关键技术，有望推动生物神经元精细模拟进入新领域。“我们的目的是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。”黄铁军强调。

这是目前生物精度最高的仿真秀丽线虫。马雷介绍，他和团队已完成了秀丽线虫全部302个神经元及其连接关系的精细建模，对其中106个感知和运动神经元进行了高精度建模，整体精细程度达到国际最高水平；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，实现了亚细胞级别的精细突触位点连接。

“环境是智能的摇篮。”马雷说，极致的环境模拟对于数字智能生命研究至关重要。环境变了，对应的生命体的结构、行为、智慧，复杂程度都大不一样。为此，团队还实现了仿真秀丽线虫与仿真环境的全闭环模拟，训练出由高精度神经系统控制的、与环境实时交互的仿真秀丽线虫，使其能够像真实线虫一样嗅探并控制身体蠕动到感兴趣的目标。“高精度智能线虫的诞生，也许只是向生命智能迈出的第一步，却代表了一种计算智能生命的诞生。”黄铁军说。

黄铁军表示，未来，天演团队还将致力实现多个神经系统规模的生命数字孪生，从果蝇、斑马鱼、小鼠、直至最高智慧的人类大脑，沿着模式动物的神经系统规模进化路线，把生命模拟的规模做得越来越大。“当然，规模大仅仅是一方面，更重要的是精细，要贴近生物，逼近生物，才能重新认识生物智能机理，打造从生命智能到通用人工智能的可行性路径，从而对新一代人工智能真正起到支撑作用。”黄铁军说。