معلم في علوم الأعصاب الحسابية

تقول شركة ناشئة تُدعى Eon Systems إنها حققت أول محاكاة دماغية كاملة لذبابة الفاكهة متصلة بجسم محاكى. يقوم النظام بنمذجة جميع الـ 125,000 عصبون وحوالي 50 مليون اتصال تشابكي الموجود في دماغ ذبابة الفاكهة السوداء البطن (Drosophila melanogaster)، مما يمثل قفزة كبيرة إلى الأمام في مجال محاكاة الدماغ الكامل.

على عكس المحاولات السابقة التي حاكت الدوائر العصبية المعزولة أو خرائط الاتصال الثابتة، تقول Eon Systems أن محاكاتها تنتج سلوكيات قابلة للملاحظة متعددة عند توصيلها بجسم افتراضي. يُقال إن ذبابة الفاكهة الرقمية تُظهر أنماط حركة وردود استجابة حسية وسلوكيات أخرى تعكس تلك المرئية في ذباب الفاكهة الحي، مما يشير إلى أن المحاكاة تلتقط جوانب ذات معنى من البنية الحسابية للنظام البيولوجي.

كيف تعمل المحاكاة

تعتمد المحاكاة على رسم الاتصال العصبي لذبابة الفاكهة، وهي خريطة كاملة لكل عصبون وتشابك عصبي في دماغ الحشرة التي نشرها الباحثون في السنوات الأخيرة. وفرت هذه الخريطة العصبية المخطط الهيكلي، لكن ترجمة مخطط الأسلاك إلى محاكاة وظيفية تتطلب عملاً إضافياً كبيراً.

طورت Eon Systems برنامج محاكاة مخصص يقوم بنمذجة ليس فقط الاتصالات بين الخلايا العصبية ولكن أيضاً ديناميكيات كيفية انتشار الإشارات عبر الشبكة. يتم محاكاة كل من الـ 125,000 عصبون بشكل فردي، مع تحديد أنماط إطلاقها من خلال المدخلات من الخلايا العصبية المتصلة الموزونة بقوات التشابك. يوفر الجسم الافتراضي المدخلات الحسية ويستقبل المخرجات الحركية، مما يخلق حلقة مغلقة تسمح بظهور السلوكيات الناشئة من المحاكاة العصبية.

متطلبات المعالجة الحاسوبية لتشغيل مثل هذه المحاكاة كبيرة جداً. معالجة 50 مليون اتصال تشابكي في الوقت الفعلي تتطلب موارد GPU كبيرة، وقد طورت الشركة خوارزميات محسّنة لجعل المحاكاة قابلة للتطبيق على أجهزة حديثة.

لماذا تعتبر ذباب الفاكهة مهماً

كانت ذبابة الفاكهة منذ فترة طويلة كائناً نموذجياً في علم الأعصاب، يُقدَّر لجهازه العصبي البسيط نسبياً الذي يدعم مع ذلك مجموعة غنية من السلوكيات. بـ 125,000 عصبون فقط مقارنة بحوالي 86 مليار موجود في الدماغ البشري، تمثل ذبابة الفاكهة هدفاً قابلاً للإدارة لمحاكاة الدماغ الكامل مع الاستمرار في أن تكون معقدة بما يكفي لإنتاج سلوكيات مثيرة للاهتمام.

السلوكيات الرئيسية التي تعرضها ذباب الفاكهة تشمل:

  • أنماط طيران معقدة والملاحة
  • التعلم وتكوين الذاكرة
  • السلوكيات الاجتماعية بما في ذلك طقوس المغازلة
  • اتخاذ القرار في ظل عدم اليقين
  • تنظيم الإيقاع اليومي

إذا كانت محاكاة Eon Systems قادرة على إعادة إنتاج حتى مجموعة فرعية من هذه السلوكيات بأمانة، فسيتم التحقق من صحة نهج استخدام بيانات رسم الاتصال العصبي لبناء محاكيات الدماغ الوظيفية وفتح الباب أمام محاكاة الكائنات الحية الأكثر تعقيداً.

آثار على الذكاء الاصطناعي وعلم الأعصاب

يقع الإنجاز على تقاطع علم الأعصاب والذكاء الاصطناعي. بينما تعمل أنظمة الذكاء الاصطناعي الحديثة مثل نماذج اللغة الكبيرة على مبادئ مختلفة تماماً عن الشبكات العصبية البيولوجية، تتخذ محاكاة الدماغ الكاملة نهجاً مختلفاً بشكل أساسي بمحاولة تكرار الركيزة الحسابية الفعلية للذكاء البيولوجي.

يجادل مؤيدو محاكاة الدماغ بأنه قد يؤدي في النهاية إلى أنظمة ذكاء اصطناعي تعرض المرونة والكفاءة والقوة في الدماغ البيولوجي. يعمل دماغ ذبابة الفاكهة، على سبيل المثال، على جزء من واط من الطاقة مع إجراء معالجة حسية معقدة والتحكم في الحركة التي تظل محفوفة بالتحديات لأنظمة الهندسة.

بالنسبة لعلم الأعصاب، توفر المحاكاة أداة قوية وجديدة لاختبار الفرضيات حول وظيفة الدماغ. يمكن للباحثين التلاعب بالخلايا العصبية الفردية أو الاتصالات في المحاكاة ومراقبة التأثيرات على السلوك، وهي تجارب يكون من الصعب جداً أو من المستحيل إجراؤها على الحيوانات الحية.

الشكوك والتحديات

تم استقبال الإعلان بحماس وشك في المجتمع العلمي. تساءل بعض الباحثين عما إذا كانت السلوكيات المرئية تنبثق حقاً من محاكاة عصبية أم أنها نتاج ثانوي لطريقة تطبيق الجسم الافتراضي. لقد أشار آخرون إلى أن رسم الاتصال العصبي وحده قد لا يلتقط كل البيولوجيا ذات الصلة، حيث أن عوامل مثل التعديل العصبي ونشاط الخلايا الدبقية والإشارات الجزيئية تلعب أيضاً أدواراً مهمة في وظائف الدماغ.

قالت Eon Systems أنها تعتزم نشر نتائج مفصلة لمراجعة النظراء، مما سيسمح للمجتمع العلمي بتقييم الادعاءات بدقة. أشارت الشركة أيضاً إلى أنها ترى محاكاة ذبابة الفاكهة كحجر انطلاق نحو محاكاة أدمغة أكبر وأكثر تعقيداً، على الرغم من أن المتطلبات الحسابية تتسع بشكل كبير مع حجم الدماغ.

الطريق إلى الأمام

إذا تم التحقق منه، فإن إنجاز Eon Systems سوف يشكل علامة فارقة حقيقية في البحث الذي استمر لعقود لفهم وتكرار الذكاء البيولوجي. الفجوة بين دماغ ذبابة الفاكهة ودماغ بشري لا تزال ضخمة، لكن إثبات أن محاكاة الدماغ الكاملة يمكن أن تنتج سلوكيات ذات معنى هو خطوة أولى ضرورية. يسلط هذا العمل أيضاً الضوء على التقارب المتنامي بين علم الأعصاب وعلوم الحاسوب والذكاء الاصطناعي، وهي نزعة من المرجح أن تنتج نتائج درامية بشكل متزايد في السنوات القادمة.

يعتمد هذا المقال على تقارير The Decoder. اقرأ المقالة الأصلية.