北京智源“天宝”仿真线虫:闭环探索神经与行为奥秘,登《自然》子刊封面

   发布时间:2024-12-28 18:15 作者:沈如风

北京智源人工智能研究院的一项突破性研究成果在国际学术界引起了广泛关注。其研制的“天宝(BAAIWorm)”高精度仿真秀丽线虫,成功登上了《自然·计算科学》这一权威学术期刊,并荣幸地被选为当期封面。

秀丽线虫,这种体长不足1毫米的微小生物,因其神经系统的简单性和深入研究的背景,成为了生物学研究中的关键模式生物。智源研究院的科学家们以此为基础,构建了“天宝”这一数据驱动的生物智能模拟系统,实现了秀丽线虫神经系统、身体与环境的闭环仿真。

“天宝”对秀丽线虫的302个神经元进行了详尽建模,并精确模拟了96块肌肉和3341个力学计算单元,力求还原其真实的身体结构和神经感知能力。这一精细的建模工作,为后续的仿真研究奠定了坚实基础。

更为创新的是,“天宝”不仅关注神经系统的建模,还将线虫的身体与环境纳入考量,形成了一个完整的闭环系统。通过模拟线虫根据食物化学信号自主蠕动的行为,研究团队得以探索神经结构如何影响智能行为。这一成果在类脑智能研究领域具有重要意义。

在生物体与环境模型方面,“天宝”表现出色。其体表数据基于Sibernetic的模型进行转换,但四面体线虫体模型相比Sibernetic的粒子模型,元素数量大幅减少,性能得到显著提升,同时保持了解剖学的真实性。“天宝”的3D仿真场景规模相比Sibernetic提高了两个数量级,能够模拟更加复杂和大范围的环境。

在仿真技术方面,“天宝”采用了投影动力学作为形变求解器,显著缩短了每个迭代步骤的仿真时间。同时,投影动力学在使用较大时间步长时也表现出了较高的稳定性,使得仿真能够更高效地运行。在可视化方面,“天宝”采用了实时网格渲染和GPU光线追踪技术,提升了仿真场景的真实感和互动性。

智源研究院理事长黄铁军表示,他们正在探索的是通过高精度模拟生物神经和身体系统实现更强智能的第三条路径,即类脑方法。天宝通过构建线虫的精细神经系统、身体和环境模型,为探索大脑与行为之间的神经机制提供了重要研究平台。

《自然·计算科学》资深编辑阿纳尼娅·拉斯托吉对这项研究成果给予了高度评价。她认为,动态机体与环境相互作用以及精细模拟的结合,使得在闭环系统中研究大脑活动如何影响行为成为可能。这一成果不仅为类脑智能研究开辟了新的道路,也为生物学和人工智能的交叉领域带来了新的启示。

“天宝”的仿真技术还展示了其在可视化方面的优势。通过实时网格渲染和GPU光线追踪技术,研究团队得以更直观地观察和分析线虫在3D环境中的行为。这一技术的应用,不仅提升了仿真场景的真实感,还为后续的实验研究和数据分析提供了有力支持。

智源研究院的这一研究成果,无疑为类脑智能研究注入了新的活力。通过高精度模拟生物神经和身体系统,“天宝”为探索大脑与行为之间的神经机制提供了全新的视角和方法。未来,随着技术的不断进步和研究的深入,“天宝”有望在更多领域展现出其巨大的潜力和价值。

 
 
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