Цифровая модель нервной системы плодовой мушки впервые выбралась из виртуального мира и подняла в воздух настоящий мини-дрон. Энтузиаст под ником SpikeCalls показал , как симуляция 166 700 нейронов дрозофилы в реальном времени получает сигнал с камеры и управляет тягой четырёх пропеллеров.
В эксперименте одна камера смотрит на руку человека. Открытая ладонь заставляет дрон подниматься, сжатый кулак соответствует удержанию высоты, а опущенная рука отправляет аппарат вниз. По словам автора, модель сама формирует управляющий сигнал на основе активности виртуальных нейронов, а отдельной логики полёта, заранее записанных реакций на жесты и настройки PID-регулятора SpikeCalls не добавлял.
При этом речь не идёт о «воскрешённом мозге мухи» или точной цифровой копии живого насекомого. В основе эксперимента лежит компьютерная симуляция, построенная по коннектому , то есть карте нейронов и связей между ними. Исходная схема действительно получена из настоящей нервной системы дрозофилы, однако электрическую активность нейронов приходится воспроизводить математически, а сенсорные данные и команды двигателям связывает написанный человеком программный слой.
Автор демонстрации утверждает, что камера служит единственным внешним источником информации для модели. Программа преобразует изображение руки в нейронный вход, после чего активность сети проходит через смоделированную нервную систему и превращается в тягу двигателей. Примерно на 11-й секунде опубликованной записи дрон некоторое время удерживает высоту без заметных корректировок со стороны человека.
Независимой технической проверки именно этой реализации пока нет. SpikeCalls опубликовал видеодемонстрацию и описание принципа работы, поэтому утверждение об отсутствии скрытого контроллера полёта пока следует воспринимать как заявление автора. Даже если схема работает именно так, как описано, результат не означает, что мушка «понимает» жесты или самостоятельно научилась пилотировать квадрокоптер. Человек всё равно определяет, каким нейронам передавать входные сигналы и как преобразовывать выходную активность в команды физическому устройству.
Сам набор данных появился благодаря многолетней работе Google Research, HHMI Janelia, Кембриджского университета и других исследовательских групп. 3 сентября учёные опубликовали полную карту центральной нервной системы взрослого самца Drosophila melanogaster. Финальная версия содержит 166 700 нейронов и охватывает не только мозг, но и вентральную нервную цепочку, которая функционально напоминает спинной мозг позвоночных.
В опубликованной в Cell работе исследователи разделили нервную систему мухи на 11 710 типов нейронов. Google оценивает полную карту примерно в 125 млн синаптических контактов. Для компьютерных экспериментов разработчики часто сворачивают множество отдельных контактов между парами нейронов примерно в 25,6 млн направленных соединений, поэтому в описаниях симуляций встречаются обе цифры.
Свободный доступ к MaleCNS быстро превратил научный набор данных в площадку для необычных экспериментов. Разработчики уже подключали подобные модели к Doom, Super Mario 64, виртуальным роботам и даже торговым системам. На SecurityLab недавно разбирался эксперимент, где тот же мозг дрозофилы использовали для принятия решений о покупке и продаже криптовалюты.
Главное ограничение всех подобных проектов остаётся прежним. Коннектом описывает физическую схему соединений, но не содержит полной информации о работе живого мозга. У исследователей нет точных параметров каждого нейрона, всех химических процессов, нейромодуляции, состояния организма и множества других факторов. Поэтому цифровая дрозофила представляет собой вычислительную модель, ограниченную реальной анатомией, а не полноценную копию сознания или нервной системы животного.
Тем не менее эксперимент с дроном показывает необычное практическое применение новой карты мозга. Ещё несколько лет назад учёные пытались восстановить отдельные нервные цепи дрозофилы, а теперь схема всей центральной нервной системы достаточно доступна, чтобы разработчик мог связать биологическую архитектуру с камерой и реальными моторами. Миниатюрный квадрокоптер в спальне вряд ли перевернёт робототехнику, но наглядно показывает, насколько быстро фундаментальная нейробиология превращается в рабочую вычислительную платформу.