По сообщению Управления по пропаганде и популяризации научных достижений СО РАН, российские исследователи в соавторстве с британскими коллегами разработали цифровой двойник головастика, в котором воссоздали как структуру и функции нервной системы этого позвоночного организма, так и строение его тела.
Учёные всего мира уже многие годы бьются над проблемой создания искусственного интеллекта, который бы не уступал человеческому разуму.
Но возможно ли в принципе воссоздать структуру и функции нервной системы целого живого существа настолько хорошо, чтобы виртуальный организм вёл себя как настоящий?
Ответ на эту загадку пытаются найти сибирские учёные, в частности, научно-исследовательская группа под руководством доктора физико-математических наук Андрея Юрьевича Пальянова из Института систем информатики имени А. П. Ершова СО РАН, начавшего работать над ней ещё в 2009 году.
Сегодня, похоже, исследователи сделали очередной шаг на пути будущих открытий. После долгих поисков они пришли к выводу, что обычный лягушачий головастик, как оказалось, больше всего подходит для решения поставленной задачи. По их заявлениям, в мозге даже самых простых позвоночных организмов — более четырёх миллионов нейронов, моделирование которых не представляется такой уж простой задачей. Но они пришли к выводу, что совсем необязательно, чтобы объектом изучения и моделирования был взрослый организм. И вот тут весьма удачным выбором оказался обычный головастик, изучением которого уже несколько десятков лет занимается профессор зоологии Бристольского университета Алан М. Робертс с коллегами. Он выяснил, что в мозге взрослой лягушки, например, более 16 миллионов нейронов, а у двухдневного головастика их всего лишь несколько тысяч. Учёный опытным путём доказал, что даже на этой стадии развития головастик способен реагировать на внешние воздействия и избегать потенциальных опасностей. Но чтобы смоделировать это, одной лишь нервной системы недостаточно: организму необходимо виртуальное тело и среда обитания с действующими физическими законами.
Эту задачу удалось решить совместными усилиями группы Алана Робертса и российских учёных — директора Института систем информатики имени А. П. Ершова СО РАН, заведующего лабораторией системной динамики Андрея Юрьевича Пальянова и главного научного сотрудника лаборатории нейронных сетей Института математических проблем биологии РАН доктора физико-математических наук Романа Матвеевича Борисюка.
Сибирские исследователи создали специализированную программную систему и на её основе разработали биомеханическую модель тела головастика, взаимодействующую с виртуальной трёхмерной окружающей средой, в данном случае — с водой, в которой он плавает. «Созданная модель, объединившая «мозг» и «тело» головастика, способна в том числе продемонстрировать реакцию его цифрового двойника на прикосновение, что в природе является сигналом о потенциальной опасности, близости хищника (поэтому необходимо незамедлительно уплывать), — рассказал разработчик системы Андрей Пальянов. — На данной стадии развития в нервной системе имеется более 2 300 нейронов, представленных двенадцатью основными типами».
Учёный пояснил далее, что существенным фактором, ускорившим работу, является ощутимо возросшая производительность современных вычислительных систем.
Исследователи заявляют, что головастик лягушки в начальной стадии развития — один из простейших примеров позвоночных. Однако именно такой организм является удачной отправной точкой для последующего усложнения моделей. Новая разработка является мощным инструментом для решения задач фундаментальной и вычислительной нейробиологии и открывает широкие перспективы дальнейшего изучения и моделирования этого и других организмов.