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2022/06/01 14:31
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北京智源人工智能研究院院长黄铁军
出品 | 搜狐科技
作者 | 梁昌均
秀丽线虫是当前自然界中被研究的最为透彻的模式动物，体长大概1毫米，总共302个神经元。在科学界它也吸引了很多关注，并取得了诸多重要成果，2002年、2006年和2008年有三项诺贝尔奖均是基于秀丽线虫实验完成的。
随着人工智能的发展，秀丽线虫也被视为通过生物神经机理模拟实现通用人工智能的最小载体，了解它如何依靠简单的神经系统实现感知、逃逸、觅食、交配等通用生命智能行为，有可能帮助科学家们真正地揭开智能的奥秘，从而推动类脑智能的发展。
在本世纪初，如何在数字空间重构“数字孪生线虫”的梦想已经展开，但20多年过去，相关研究仍然没有实质性突破。最新的进展则来自国内，5月31日开幕的智源大会上，北京智源人工智能研究院天演团队正式发布了当前生物精度最高的仿真秀丽线虫“天宝1.0”（MetaWorm）。
北京智源人工智能研究院院长黄铁军在接受搜狐科技等媒体采访时表示，生物的脑模拟或者说生物脑的精细模拟是启发新一代人工智能的重要路线之一，而线虫是得到最充分研究的模式动物，它能够生存、繁衍、感知、运动，在地球历经亿万年进化生存到今天，这是今天的人工智能系统难以比拟的。
“今天开始把线虫做起来，后续也会继续沿着模式动物的轨道，把生命模拟的规模做得越来越大。当然，规模大是一方面，更重要的是要最精细，要逼近生物，掌握生物智能机理，才能对新一代人工智能真正起到支撑作用。”黄铁军表示。
此次发布的“天宝 1.0”，无论在物理环境仿真，还是在神经元精细度方面都实现了突破。环境是智能的摇篮，只有做到更趋近生物真实生存的极致仿真环境才能构建极致的人工智能生命。
因此，天演团队结合运动力学、图形学、计算神经学等多学科交叉，实现了逼真的线虫肌肉和身体软体的模型——由具有解剖学意义的96块肌肉和3341个力学计算单元构成。同时，构建了适合智能线虫训练的三维流体动态实时仿真环境，实现了仿真秀丽线虫与物理仿真环境的全闭环模拟。
同时，还在神经系统方面实现了对秀丽线虫的高精度模拟，包括完成秀丽线虫全部302个神经元及连接关系的精细建模，并对106个感知运动神经元组成的嗅觉和运动神经环路完成了高精度建模，高精度还原了感觉神经元、中间神经元、指令神经元、头部运动神经元及身体运动神经元的电生理动力学，从而更全面地表征了线虫智能。
这使得“天宝 1.0”能够实现像真实线虫一样嗅探，并且控制身体蠕动，初步表现出类似生物线虫的趋利避害能力。北京智源人工智能研究院生命模拟研究中心负责人马雷透露，未来还将逐步实现比如避障、觅食等更为复杂的智能行为。
虽然天演团队目前推出的“天宝”还只是1.0版本，但高精度模拟的秀丽线虫神经元系统模型，揭示了生物神经元计算的巨大潜力。2020年10月，Nature子刊Nature Machine Intelligence所发布的一篇论文表明，19个线虫神经元组成的神经回路就可以控制一辆自动驾驶车转向，而常规的深度神经网络方法可能需数百万的人工神经元。
“生物神经元的通用智能潜力可见一斑，通过实现更高精度的秀丽线虫神经系统，可深挖生物智能更多潜力。”马雷表示，如果通过非常好的结构精细重现生物神经元，有可能用非常少的神经元数量就能实现复杂的智能行为。
黄铁军在采访中表示，如何利用类脑智能或者生命科学所讲的复杂生物神经元为人工智能服务，这还是一个前沿方向，但值得探索。“它在生命中的功能已经得到验证，生命就是靠这样的神经元完成任务的，所以应该更多地向生命借鉴、学习。”
因此，高精度智能线虫“天宝1.0”的诞生，也许只是人工智能生命模拟工程迈出的第一步，却为人工智能研究打开了一个新的窗口，是生命智能迈向智能生命非常关键的一步。据了解，天演也将搭建世界运行效率最高，模拟级别最精细的高精度模拟仿真软硬件系统，推动脑科学与类脑智能研究、生命数字孪生的发展，同时赋能药物研发、医疗诊断等众多行业。
“生物脑是智能之源，我们希望从生物机理模拟角度出发，构建精细人工神经元和符合生命机理的神经学习方法，从而真正的启发下一代人工智能。”马雷表示，天演团队的终极目标是希望创造出决策逻辑像人类、思考速度如光电的超级智能。
黄铁军在接受采访时表示，从广义上来看，所有生命的智能都可以说是通用智能，动物具有适应环境的通用能力，线虫拥有的智能也是通用智能。而传统所说的通用人工智能（AGI）实际是跟人比，人有的能力它都要有，要超越人类，这种通用人工智能是比较长远的事情。
据介绍，智源研究院天演团队将坚定走生物机理模拟研究路线，继续完善高精度生命模拟仿真平台，持续实现模式动物和重要生物器官的精细模拟，构建生命智能模型并挖掘生物智能机制机理，启发和探索新一代人工智能，从果蝇、斑马鱼、小鼠直至最高智慧的人类大脑。
在黄铁军看来，类脑智能是实现通用人工智能的一条前沿探索路径，相对于深度学习和强化学习主导的路线虽略显“冷门”，但整体已经比前些年活跃很多，智源研究院在这个方向上布局和建设具有明显的引领性。
黄铁军认为，类脑智能近些年的快速发展主要得益于两个方面，一是生命科学、神经科学在生物神经网络的解析和实验数据获取方面，在过去十年进展特别快，生命模拟可用的基础数据越来越多；二是有更多可用的软硬件条件支撑，算力越来越强大，算法越来越好，更有可能实现高精度、大规模的生物神经网络模拟。
同时，黄铁军还表示，这三条路线实际上是相关的，某种意义上互补，不是说谁替代谁。“比如大模型和生命模拟是两条路线，短期之内没有什么关系，但长远来说，可能会有汇聚，那是一个比较长的未来。”他还表示，目前除了这三条路线外，还没有看到其他可以更快更好实现通用人工智能的方法。
在此次智源大会开幕式上，智源研究院还公布了多项成果。新一代科研智算平台“九鼎”亮相，基于当前通用大模型、AI for Science 等科研趋势衍生的需求，九鼎智算平台致力于提供 AI+HPC 融合的云计算体系机构，使之成为未来十年人工智能发展的强大基座。由智源研究院牵头，华为、昆仑芯科技、海光信息、天数微芯、燧原科技等多家国产 AI 芯片公司，以及北京大学罗国杰团队、北京大学董豪团队、清华大学翟季冬团队、中科院计算所崔慧敏团队等共同参与的共建AI芯片生态实验室也正式成立。
此外，智源研究院的悟道大模型在应用方面也落地生花，在生活、艺术、语言等多个领域取得应用。据介绍，继 OPPO、好未来、淘宝、搜狗之后，悟道大模型在美团APP落地，经过对比实验，在搜索广告、智能助理、评价标签等三大应用场景上带来明显改善。
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