在生物智能與人工智能交叉研究的領(lǐng)域中，一項突破性的成果近日由智源研究院揭曉。研究院推出的BAAIWorm天寶系統(tǒng)，是一個基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的生物智能模擬系統(tǒng)，首次實現(xiàn)了秀麗線蟲神經(jīng)系統(tǒng)、身體與環(huán)境的閉環(huán)仿真。
這一創(chuàng)新系統(tǒng)不僅構(gòu)建了線蟲的精細神經(jīng)系統(tǒng)模型，還將其身體和環(huán)境納入考量，形成一個完整的閉環(huán)系統(tǒng)。通過模擬線蟲的行為，研究人員得以深入探索神經(jīng)結(jié)構(gòu)如何影響智能行為。這一工作為探索大腦與行為之間的神經(jīng)機制提供了全新的研究平臺，標(biāo)志著生物智能研究邁入了一個新階段。
BAAIWorm天寶的重要進展在國際科學(xué)界引起了廣泛關(guān)注。智源研究院理事長黃鐵軍和生命模擬研究中心的馬雷等人，在《自然·計算科學(xué)》期刊上發(fā)表了相關(guān)研究成果，并榮幸地被選為期刊封面故事。這一成果不僅為研究生物智能提供了新的平臺，也為具身智能理論的進一步發(fā)展和人工智能領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了堅實基礎(chǔ)。
倫敦大學(xué)學(xué)院的Padraig Gleeson教授，作為OpenWorm團隊的成員和本文的審稿人之一，對BAAIWorm天寶給予了高度評價。他指出，這是一項了不起的成果，將秀麗線蟲的生理學(xué)和解剖學(xué)信息整合進了一個計算模型，在不同層面呈現(xiàn)了諸多進展，構(gòu)成了一幅條理清晰的圖景。
《自然·計算科學(xué)》的資深編輯Ananya Rastogi同樣對這項工作表示贊賞，認(rèn)為動態(tài)的機體與環(huán)境相互作用以及精細的模擬相結(jié)合，使得在閉環(huán)系統(tǒng)中研究大腦活動如何影響行為成為可能。這一成果的另一審稿人也表示，這項研究為我們從整體上理解神經(jīng)系統(tǒng)建立了新的研究范式。
近年來，神經(jīng)科學(xué)和人工智能技術(shù)的深度交叉融合推動了生物體模型在理解神經(jīng)系統(tǒng)與行為關(guān)系方面的應(yīng)用。國際上的多個研究機構(gòu)在這一領(lǐng)域取得了顯著進展，而BAAIWorm天寶無疑是其中的佼佼者。通過高精度還原和模擬生物智能，它為理解和探索生物啟發(fā)的具身智能的核心機制提供了重要的實驗平臺。
在秀麗隱桿線蟲中，運動、覓食等行為是由其神經(jīng)回路、肌肉生物力學(xué)和實時環(huán)境反饋之間的協(xié)調(diào)互動驅(qū)動的。然而，傳統(tǒng)的模型往往將神經(jīng)系統(tǒng)或身體環(huán)境孤立開來，未能捕捉到支撐復(fù)雜行為的整體“大腦-身體-環(huán)境”交互。BAAIWorm天寶通過構(gòu)建一個閉環(huán)的生物物理精細模型，成功解決了這一難題。
BAAIWorm天寶作為一個開源模塊系統(tǒng)，由兩個子模型組成：一個是生物物理層面上精細的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，模擬秀麗隱桿線蟲的神經(jīng)系統(tǒng)；另一個是根據(jù)線蟲解剖學(xué)構(gòu)建的身體模型，并被一個可計算的簡化3D流體環(huán)境所包圍。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型中的每個神經(jīng)元都被表示為一個多艙室模型，以精確復(fù)現(xiàn)線蟲神經(jīng)元的電生理特性。
身體模型結(jié)合了96個肌肉細胞，這些肌肉細胞基于秀麗隱桿線蟲的解剖學(xué)建模，表面級的力模擬了推力和阻力，優(yōu)化了計算效率，同時反映了生物體在流體環(huán)境中的互動特性。系統(tǒng)還簡化模擬了環(huán)境中的連續(xù)感官輸入，這些輸入會動態(tài)影響神經(jīng)計算，進而驅(qū)動肌肉收縮，形成一個閉環(huán)反饋系統(tǒng)。
BAAIWorm天寶在多個方面取得了顯著進展。研究團隊基于線蟲神經(jīng)元的真實生理特性，構(gòu)建了一個高精度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，這是目前已知首個同時在神經(jīng)元層面和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)層面都具有真實動力學(xué)特性的多艙室建模模型。該系統(tǒng)的身體環(huán)境模型符合生物線蟲解剖特性，可精準(zhǔn)穩(wěn)定地追蹤和度量三維軟體運動。
更重要的是，BAAIWorm天寶首次建立了線蟲神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型與身體環(huán)境模型的閉環(huán)交互，模擬線蟲通過之字形運動接近食物的行為。研究人員可以通過模擬的方法，實時觀察線蟲的軌跡、神經(jīng)活動以及肌肉信號，從而更深入地理解神經(jīng)系統(tǒng)與行為之間的關(guān)系。
智源研究院的生命模擬研究中心在研究中使用了OpenWorm提供的諸多寶貴工具和數(shù)據(jù)，并在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)了顯著的進展。BAAIWorm天寶在增強版神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型、增強版生物體與環(huán)境建模以及閉環(huán)互動方面取得了重要突破，推動了這一領(lǐng)域的進一步發(fā)展。
