一篇新的預(yù)印本顯示，一個基于線蟲連接組的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以像操控木偶一樣驅(qū)動一只數(shù)字果蠅的身體。這項工作發(fā)布的時間距離總部位于舊金山的神經(jīng)技術(shù)公司Eon Systems宣布其已“上傳”一只果蠅大腦，并發(fā)布該大腦在虛擬世界中控制一個生物力學(xué)果蠅模型的視頻，僅僅過去了兩周。

“在解讀這類工作時，我們必須非常謹(jǐn)慎，”華盛頓大學(xué)生物學(xué)教授Bing Wen Brunton說。她在上周將這篇新的預(yù)印本發(fā)布在bioRxiv上，以回應(yīng)Eon Systems的聲明。Brunton與她的團(tuán)隊將一個果蠅身體的生物物理模型，與秀麗隱桿線蟲的連接組模擬連接起來，并使用深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)訓(xùn)練這個被預(yù)印本命名為“數(shù)字獅身人面像”的系統(tǒng)行走——而這個系統(tǒng)的“腦”，根本不是果蠅的大腦。

冷泉港實驗室助理教授Benjamin Cowley表示，Brunton的工作為那些試圖將深度學(xué)習(xí)與連接組學(xué)結(jié)合來模擬果蠅行為的研究者提供了一個重要的對照。他說，這讓人們可以提出一個問題：“如果我只是構(gòu)建一個隨機(jī)連接的連接組，它也能產(chǎn)生同樣的行為嗎？”

霍華德·休斯醫(yī)學(xué)研究所Janelia研究園區(qū)研究組負(fù)責(zé)人Srinivas Turaga指出，連接組模型的問題在于，它們無法捕捉神經(jīng)元的生物物理特性，也無法體現(xiàn)調(diào)節(jié)神經(jīng)通信的神經(jīng)遞質(zhì)庫，而且這些模型是在沒有身體的情況下存在的。

為了解決這些不足，研究人員開始使用深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)，將連接組與行為聯(lián)系起來。但正如Brunton及其團(tuán)隊所構(gòu)建的模型所展示的，這種方法在用于模擬生物過程時也存在陷阱。

Brunton說，深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)本質(zhì)上是一種優(yōu)化過程，而生物系統(tǒng)并不總是以最優(yōu)方式運(yùn)作。她表示，即便模型在生物學(xué)上并不真實，這種方法仍然可以“非常好地”捕捉果蠅的行為。

Eon將其果蠅模型建立在三個此前發(fā)表的數(shù)據(jù)集之上：一個名為NeuroMechFly的果蠅身體生物物理模型、一份果蠅大腦連接組數(shù)據(jù)，以及果蠅視覺系統(tǒng)的一部分。該公司同樣使用深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)將這些部分拼接在一起，訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)去模擬一只會行走的果蠅。但這一視頻很快遭到質(zhì)疑，Turaga表示，以這種方式連接到NeuroMechFly模型上的任何隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)，都可能生成一只會走路的果蠅。由于Eon尚未公開其構(gòu)建模型的具體細(xì)節(jié)，目前尚不清楚該模型是否比隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)更準(zhǔn)確。

Eon Systems的工程負(fù)責(zé)人Philip Shiu并不完全反對這種看法。他說：“可以說，這并不是一只完整復(fù)制的果蠅。我個人可能更傾向于把它稱為數(shù)字孿生或具身模型?！彼a(bǔ)充道：“顯然，公司的一部分意圖是表明：這是一件非常令人興奮、很酷的事情，而且不再像過去那樣只是科幻?！?/p>

Cowley補(bǔ)充說，即便是一個“只有300個神經(jīng)元的小網(wǎng)絡(luò)”，也包含足夠的信息，使深度學(xué)習(xí)能夠提取出驅(qū)動真實行為的模式?！斑@個網(wǎng)絡(luò)中有足夠的隨機(jī)性，可以把它映射到果蠅的腿上，并讓它們以合理的方式運(yùn)動?！?/p>

Brunton表示，在Eon發(fā)布這項工作之前，她就已經(jīng)了解該公司的研究。去年年初，該公司曾聯(lián)系她和她的同事、華盛頓大學(xué)神經(jīng)生物學(xué)與生物物理學(xué)教授、該預(yù)印本的研究者之一John Tuthill，希望開展合作，但最終未能實現(xiàn)。Brunton還表示，她在去年的神經(jīng)科學(xué)學(xué)會會議上看過Eon關(guān)于其虛擬果蠅的海報展示。

她還審閱過多個提出類似項目的基金申請，因此她意識到“很多人都有這個想法”。Brunton和她的團(tuán)隊直到去年12月才啟動數(shù)字獅身人面像項目。但當(dāng)Eon的視頻發(fā)布后，Brunton迅速將團(tuán)隊的模型加入她在上個月計算與系統(tǒng)神經(jīng)科學(xué)（Computational and Systems Neuroscience，COSYNE）年會的報告中，并在飛往會議的途中完成了預(yù)印本的撰寫。

Tuthill說，這一切活動“只是說明這個領(lǐng)域正在發(fā)生很多事情，人們對此充滿熱情”，“但我們認(rèn)為我們的角色是讓局面冷靜下來，從而保持腳踏實地”。

Brunton也同意這一評價，并補(bǔ)充說，他們的論文為越來越多從事這些模型構(gòu)建與解讀的人敲響了警鐘。“如果要直說的話，”她說，“這里面有太多不靠譜的東西了?！?/strong>

作者：Natalia Mesa

譯者：EY

https://www.thetransmitter.org/systems-neuroscience/digital-sphinx-raises-questions-about-connectome-models/