Owadzi symulator lotu

Grupa naukowców z Los Alamos, ośrodka znanego głównie z eksperymentów nad bronią atomową, wraz z kolegami z innych uczelni opracowała nową metodę obserwacji świata oczami muchy. Dzięki swoim odkryciom poszerszyli oni znacznie wiedzę o mechanizmie, w jakim zwierzęta postrzegają świat oraz o ich reakcjach na zmiany w środowisku. Badenia te pozwolą też być może znacząco zmienić sposób konstruowania przez informatyków tzw. sieci neuronowych, co może znacząco wspomóc prace nad rozwojem sztucznej inteligencji.

Aby zbadać zachowania much, badacze unieruchomili je na specjalnej platformie i podłączyli miniaturowe elektrody do neuronów odpowiadających za postrzeganie przez nie ruchu w otoczeniu. Dodatkowo umieścili urządzenie w środowiku przypominającym naturalne miejsce bytowania much, czyli w zalesionej okolicy. Następnie wprawili platformę w ruch naśladujący lot muchy unikającej drapieżnika lub goniącej innego owada. W ten sposób wymuszono na muchach obserwowanie przestrzeni w czasie ruchu podobnego do tego wykonywanego w stanie zagrożenia, a jednocześnie rozwiązno problem związany z instalacją okablowania na ciele owada.

Co ciekawe, podobne (choć oczywiście znacznie bardziej prymitywne) badania prowadzono już w... 1926 roku. Wtedy jednak niemożliwe było osiągnięcie tak wysokiej precyzji jak obecnie. Brakowało wystarczająco dokładnej aparatury pomiarowej, a dodatkowo urządzenia odtwarzające ruchy owada nie były wystarczająco dynamiczne.

Z łatwością można się domyślić, że podczas dynamicznego "lotu" reakcje neuronów były bardzo szybkie. Stwierdzono również, że przekazywane przez nie informacje mają charakter sygnału cyfrowego, tzn. składały się z serii bardzo szybkich impulsów oraz przerw między nimi, co odpowiada zerom i jedynkom w komputerowym kodzie binarnym.

W badanym przez nas systemie neurony odpowiadające za wykrywanie ruchu wysyłały bardzo krótkie i precyzyjne serie danych - tłumaczy fizyk Ilya Nemenman, jeden z autorów badań. Dodaje: Do tej pory zwykliśmy uważać, że wysyłane dane mają charakter znacznie bardziej przypadkowy. Tymczasem, ku naszemu zaskoczeniu, okazało się, że precyzja wysyłanych serii informacji jest co najmniej dziesięciokrotnie wyższa od opisywanej dotychczas.

Obserwacja much dostarczyła także interesujących danych na temat oszczędzania energii przez muchy. W czasie lotu z gwałtownymi manewrami aż 10% energii wytwarzanej w jej ciele jest zużywane przez oczy. Z tego powodu, w celu optymalizacji zużycia energii, w czasie spoczynku oko owada pracuje w trybie "uśpionym", a aktywność neuronów odpowiedzialnych za widzenie znacznie spada. W tym czasie pracują wyłącznie nieliczne neurony, których zadaniem jest wykrywanie nagłych zmian w otoczeniu. Gdy takie zaburzenie porządku nastąpi, organ wzroku bardzo szybko "budzi się" i powraca do pełnej aktywności.

Ilya Nemenman tłumaczy, że odkrycie jego zespołu może dostarczyć wskazówek mogących wspomóc proces konstruowania tzw. sieci neuronowych. Mówiąc najprościej, są to złożone programy komputerowe (często obejmujące nawet wiele komputerów naraz), w których zadanie obliczeniowe zostaje "rozdzielone" pomiędzy liczne punkty w sieci, czyli "neurony". Dzięki wzajemnej wymianie informacji między nimi możliwe jest wykonanie niektórych typów zadań znacznie szybciej, niż jakąkolwiek znaną wcześniej metodą.

Jak tłumaczy badacz, dotychczas sieci neuronowe opierały się jedynie na okresowej wymianie danych. Częstotliwość nadawania sygnałów uznawano dotychczas za nieistotną dla działania tego typu programów. Obserwacja neuronów i odkrycie istotnej roli częstotliwości nadawania może być wytłumaczeniem, dlaczego konstruowane dotychczas sieci neuronowe nie spełniały do końca swojego zadania.

Zdaniem Amerykańskiej Fundacji Nauki odkrycie to jest na tyle istotne, że przyznała ona niemal natychmiast grant na przeprowadzenie badań nad konstrukcją sieci neuronowej nowej generacji. Udoskonalenie funkcjonowania tego typu programów może mieć bowiem kluczowe znaczenie w wielu dziedzinach, w których potrzebne jest zastosowanie zaawansowanych technik obliczeniowych, od klimatologii po identyfikację terrorystów na podstawie ich twarzy.

Wojciech Grzeszkowiak


Wersja do druku

07.03.2008 r.

EPIC - koniec hardware’owego piractwa?, 19:10

Regulator natężenia światła na odległość, 17:57

08.03.2008 r.

Stara aspiryna, nowe zastosowania, 13:31

09.03.2008 r.

Zapuszkowane bakterie, 19:13