線虫の脳をLEGOロボットにシミュレート：ニューラルマッピングのブレイクスルー

OpenWormプロジェクト、線虫C. elegansの302ニューロンをロボットで再現

人間の脳は単なる電気信号の集合体ではありません。それらの信号を歪みなく保存できれば、誰かの脳をコンピュータにアップロードし、映画『トランスセンドエンス』のようにデジタル意識として永遠に生き続けさせることができるかもしれません。人間の脳での実現には程遠いですが、研究者たちはいくつかのマイルストーンを達成しています。その一つが、線虫（Caenorhabditis elegans）の脳をLEGOロボットに実装した国際研究チームの成果です。

ロボットへの線虫脳の統合

使用された線虫は、約1mmの自由生活性透明線虫C. elegansです。温帯土壌に生息し、呼吸器系と循環器系を持たず、その遺伝子と神経系は広く研究されています。2014年、OpenWormプロジェクトはこの線虫の302個のニューロン間の接続をマッピングし、ソフトウェアでシミュレートしました。このプログラムを小型LEGOロボットに実装し、C. elegansを完全に仮想生物としてシミュレートすることが主目的でした。

線虫の身体部位と神経ネットワークにはLEGOボット相当のパーツが割り当てられました。線虫の鼻のニューロンはロボットのソナーセンサーに、体の両側を走る運動ニューロンはロボットの左右のモーターに対応しています。全体として、ロボットの振る舞いはC. elegansと非常に似ています。シミュレーションは100%正確ではありませんが、ロボットは一切のプログラム命令なしに、線虫の脳を模倣したニューロン接続ネットワークのみで動作しており、その成果は驚異的です。

より具体的には、モデルは接続の面からは精密で、UDPパケットを用いてニューロンを発火させます。例えば2つのニューロン間に3つのシナプス接続がある場合、最初のニューロンが発火すると、ペイロード「3」を含むUDPパケットが2番目のニューロンに送信されます。各ニューロンにはIPアドレスとポート番号でアドレス指定され、重みを集計し閾値を超えると発火します。アキュムレータは、ニューロンが発火するか、200ミリ秒以内にメッセージが到着しない場合にリセットされます。これは実際のニューラルネットワークで起きる現象と類似しています。

LEGOロボットに取り付けられたセンサーは100ミリ秒ごとにサンプリングされ、線虫の鼻として配線されています。20cm以内に物体が近づくと、感覚ニューロンがネットワークに信号を送ります。同じ概念が95個の運動ニューロンにも適用され、運動信号が収集されて各モーターの動きと速度を制御します。これらの運動ニューロンは抑制性または興奮性であり、負と正の値が使用されます。

OpenWormプロジェクトの現在と未来

OpenWormプロジェクトは現在も継続中で、シミュレーションと可視化の改良を進めています。線虫の発生過程を探求し、データ分析とシミュレーションを通じて線形動物や他の生命形式の発生プロセスに焦点を当てています。ブラウザ上で線虫とインタラクティブに遊べる「Geppetto」というプラグアンドプレイプラットフォームを開発し、遺伝的アルゴリズムなどの最適化手法を用いて、実際の細胞観察データにモデルをフィットさせるチューニングを行っています。

次のステップはヒトの脳、いわゆる「コネクトーム」の接続です。近い将来に人間の脳をコンピュータにアップロードすることは難しくても、脳全体をシミュレートできるようになれば人工知能に革命をもたらすでしょう。もし将来このマイルストーンを達成できれば、現在想像もできないほどの応用と機会が開かれるはずです。