旋转中的Stillpoint 26-03-10 19:52

一家叫 Eon Systems 的公司,干了一件听起来像科幻小说的事情:
他们把一只果蝇的大脑,完整复制到了电脑里。
这次复制可以概括为两个核心步骤:
第一步,给大脑拍一张三维"集体照",画出一张无与伦比的精密"电路图";
第二步,让这张电路图在一个虚拟的身体里"通电"运行起来。

接下来,我们深入每一个环节,看看科学家们到底施了哪些"魔法"。

🧬 第一步:绘制大脑"电路图"——从生物到数字的拷贝
这一步的目标,是获取大脑的物理结构,也就是那张包含了所有神经元和它们之间连接方式的"地图"。这就像要把一座无比复杂的城市,连每一栋建筑、每一条电线都原封不动地数字化。

纳米级切片与成像:科学家们首先将一只果蝇的大脑精心处理,用重金属染色以凸显神经结构。然后,将它切成数千片,甚至上万片厚度仅40纳米的极薄切片。接着,用透射电子显微镜对这些切片逐寸扫描,产生海量的二维图像。整个过程会产生高达40万亿像素的图像数据,相当于给大脑拍了一张极致清晰的"全家福"。

AI与人工的合力重建:把数千张二维图片堆叠成三维结构,并从中找出每一个神经元和它们之间超过5000万个的突触连接,靠人力几乎是不可能的。这正是AI大显身手的地方。

AI自动追踪:谷歌开发的"洪水填充网络"等AI算法,像智能的"像素追踪器"一样,在三维图像数据中自动识别和勾勒出每一个神经元的完整形态。

人工校对修正:AI并非完美,当图像不清晰或切片缺失时,AI可能会出错。这时,全球数百名科学家和志愿者组成的"FlyWire联盟"会介入,像校对员一样,手动检查和修正AI的重建结果,确保地图的精确性。

经过这漫长而精细的劳作,一张史无前例的果蝇大脑连接组图谱终于在2024年绘制完成,它包含了约13.9万个神经元和超过5000万个突触连接。

🧠 第二步:让数字大脑"活"过来——仿真与具身
有了静态的"电路图",下一步就是让它"通电"运行,并赋予它一个可以互动的"身体"。这就是Eon Systems的核心突破所在。

构建动态的计算模型:仅仅知道神经元之间"谁连着谁"还不够,还需要知道它们如何传递信息。Eon的首席科学家Philip Shiu基于这张连接组地图,结合机器学习对神经递质类型(兴奋或抑制)的预测,构建了一个可以在计算机上运行的全脑计算模型。这个模型使用了"漏积分放电模型"这样的公式来模拟神经元的电活动。神奇的是,当给予模拟的感官输入时,这个数字大脑模型的神经元激活模式,与真实果蝇大脑中的反应高度吻合,行为预测准确率高达95%。

接入虚拟身体与世界:在此之前,这个数字大脑只是一个困在计算机里的"幽灵",没有身体去感受和行动。Eon Systems将它接入了两个关键部分:

一个高精度的虚拟果蝇身体:这个身体基于"NeuroMechFly v2"框架构建,拥有精细的骨骼、肌肉和感官。

一个真实的物理模拟环境:这个身体被放置在一个名为MuJoCo的物理引擎中。在这里,重力、摩擦力、碰撞等物理法则都真实存在。

当虚拟环境中的光线、气味等信号,作为输入刺激这个数字大脑时,神经活动开始在其5000万个突触连接中传递,最终产生运动指令,驱动虚拟果蝇的肌肉收缩。于是,我们看到这只没有任何预设行为代码的果蝇,自己学会了走路、梳毛和觅食。

这里有一个细节需要留意:目前从大脑到肌肉的最后一段通路,并非完全由生物数据驱动,而是基于已知的神经活动模式进行的人工映射。这说明,从"复制"到"完美复刻",科学家们还有一段路要走。

这次"赛博果蝇"的成功,其意义不亚于人类首次实现飞行——它证明了这条通往人工智能和解读生命密码的道路是可行的。虽然从果蝇的13万神经元到人类的860亿神经元,中间横亘着数据、算力和理解上的万重高山,但通往"数字永生"和"全脑仿真"的第一块坚实路碑,已经稳稳当当地立在了我们面前。

发布于 广东