×
Искусственный интеллект решил 100-летнюю загадку регенерации

Искусственный интеллект (ИИ) разгадал загадку, которая занимала ученых в течение более чем 100 лет. Никто не мог понять, как крошечный пресноводный червь восстанавливает свои части тела.



Система ИИ была разработана учеными из университета Тафтса в Массачусетсе, чтобы помочь сократить количество экспериментальных данных в биологии развития с помощью метода, вдохновленного принципами эволюции. Чтобы продемонстрировать систему, исследователи заставили ее работать на данных от экспериментов от планарий. Это крошечные черви, чья способность вырастить сложные части тела, когда их отсекают, сделала их популярными в научной среде из-за их регенерационных возможностей.



Сотню лет ученые бились над разгадкой закона, по которому часть организма планарии взращивает другую часть. Исследования касались химических связей, стволовых клеток, но все упиралось в тупик, который казался мистическим, почти магическим. Никто не мог дать рабочей модели процесса восстановления и воссоздания потерянных частей.



И тут за дело взялся ИИ, выстраивая допустимые модели регенерации. Система, запрограммированная Даниэлем Лобо (Daniel Lobo), научным сотрудником университета Тафтса и соавтором исследования, начала с того, что попыталась объяснить, как происходит регенерация, подвергая все модели процессу «естественного отбора».



По сути, потенциальные модели проходят через виртуальный симулятор, который имитирует различные эксперименты на планарии. Затем результаты сравниваются с результатами опубликованных экспериментов, в ходе которых планарии были разрезаны на куски. Допускались даже манипуляции, где планарии подвергались воздействию лекарств или генетическим манипуляциям.



В каждом цикле потенциальные модели, которые лучше подходили для готового результата, отбирались, сравнивались друг с другом, подтверждая свою жизнеспособность. Менее точные отбрасывались. Этот процесс повторялся до тех пор, пока все модели не «эволюционировали» в одну, которая наиболее соответствовала регенерационному итогу.



Используя этот процесс, система ИИ была в состоянии произвести модель, которая правильно построила все 16 процессов, которые приводили к восстановлению планарии всего за 42 часа работы с данными. Таким образом, искусственный интеллект доказал, что «может помочь в разработке новых гипотез о путях развития, которые могли бы быть подтверждены экспериментальным путем».



Но не все так просто. Перед тем как система ИИ начала обрабатывать данные по планарии, ученым пришлось сначала создать математический язык, который помогал машине понять методологию и результаты каждого эксперимента.



Большинство предыдущих работ по регенерации планарий полагались на так называемые стрелки диаграммы, которые показывали ряд процессов, необходимых для полной регенерации, но часто содержали пробелы между ними, не объясняя деталей. Создавая полную модель, система ИИ обнажила весь процесс восстановления клеток в первый раз.



«Красота компьютера в том, что он не может спрятать детали под ковер. Алгоритм должен указать, как каждое конкретное действие влияет при разных  обстоятельствах. То есть компьютер беспристрастен, в то время как люди иногда высасывают необходимые им детали буквально из пальца, чтобы достраивать свои теории и нежизнеспособные структуры, – сказал Лобо. – А самое замечательное в том, что компьютер показал модель так, что к ней не осталось вопросов. Понятно, доступно, просто».



В настоящее время исследователи работают над улучшением модели. Они надеются в будущем применить ИИ в других областях биологии развития, таких как рост эмбрионов, и даже для решения таких проблем, как самостоятельный ремонт роботов. Мир, где ИИ будет обрабатывать огромный поток сырых данных, избавит человека от лишней работы и позволит заняться решением новых проблем, не утопая в старых.


Автор: Степан Мазур