初创公司实现果蝇大脑的首次完整模拟

计算神经科学的里程碑

一家名为Eon Systems的初创公司声称实现了首次完整的果蝇大脑模拟,并将其连接到模拟身体。该系统模拟了黑腹果蝇大脑中的所有125,000个神经元和大约5000万个突触连接,代表了整脑模拟领域的重大飞跃。

与之前模拟隔离神经回路或静态连接图的工作不同,Eon Systems表示其模拟在连接到虚拟身体时会产生多种可观察的行为。据报道,这个数字果蝇表现出的运动模式、感觉反应和其他行为与真实果蝇中观察到的模式相似,这表明该模拟捕捉到了生物系统计算结构的有意义的方面。

模拟的工作原理

该模拟基于果蝇联接组,这是近年来研究人员发表的完整果蝇大脑中每个神经元和突触的映射。这个联接组提供了结构蓝图,但将接线图转化为功能模拟需要大量额外的工作。

Eon Systems开发了自定义模拟软件,不仅对神经元之间的连接进行建模,还对信号如何在网络中传播的动力学进行建模。125,000个神经元中的每一个都被单独模拟,其放电模式由来自连接神经元的输入决定,并由突触强度加权。虚拟身体提供感觉输入并接收运动输出,创建了一个闭合回路,允许新兴行为从神经模拟中出现。

运行这样的模拟的计算需求是实质性的。实时处理5000万个突触连接需要大量的GPU资源,该公司已开发了优化算法,使模拟在现代硬件上可以进行。

为什么果蝇很重要

果蝇长期以来一直是神经科学中的模式生物,因其神经系统相对简单但仍支持丰富的行为库而受到重视。与人脑中的大约860亿个神经元相比,果蝇的125,000个神经元代表了整脑模拟的一个可管理的目标,同时仍然足够复杂以产生有趣的行为。

果蝇表现出的关键行为包括:

• 复杂的飞行模式和导航
• 学习和记忆形成
• 包括求偶仪式在内的社交行为
• 不确定性下的决策
• 昼夜节律调节

如果Eon Systems的模拟能够忠实地再现这些行为的哪怕是一个子集,它将验证使用联接组数据建立功能性大脑模拟的方法,并为模拟更复杂的生物体打开大门。

对AI和神经科学的影响

这一成就位于神经科学和人工智能的交叉点。虽然像大型语言模型这样的现代AI系统运作原理与生物神经网络相当不同,但整脑模拟采取了一种根本不同的方法,试图复制生物智能的实际计算基质。

脑模拟的支持者辩称,它最终可能导致表现出生物大脑的灵活性、效率和鲁棒性的AI系统。例如,果蝇大脑以不到一瓦特的功率运行,同时执行复杂的感觉处理和运动控制,这对于工程系统来说仍然很具挑战性。

对于神经科学,该模拟为测试关于大脑功能的假设提供了一个强大的新工具。研究人员可以在模拟中操纵单个神经元或连接,并观察对行为的影响,这些实验对于活体动物来说是极其困难或不可能进行的。

怀疑和挑战

该公告在科学界获得了既兴奋又怀疑的反应。一些研究人员质疑观察到的行为是否真的源于神经模拟,或者是虚拟身体实现方式的伪影。另一些人指出,仅凭联接组可能无法捕捉所有相关生物学,因为神经调质、胶质细胞活动和分子信号在脑功能中也发挥着重要作用。

Eon Systems表示打算发布详细结果以供同行评审,这将允许科学界严格评估这些声明。该公司还表示,它认为果蝇模拟是模拟更大更复杂大脑的垫脚石,尽管计算需求随脑大小而急剧扩大。

前进的道路

如果得到验证,Eon Systems的成就将标志着理解和复制生物智能的数十年探索中的真正里程碑。果蝇大脑和人类大脑之间的差距仍然是巨大的,但证明整脑模拟可以产生有意义的行为是必要的第一步。这项工作还强调了神经科学、计算机科学和AI的日益融合,这一趋势在未来几年可能会产生越来越戏剧性的结果。

本文基于The Decoder的报道。阅读原文。