Это совершенно дикие идеи, поэтому, прежде чем мы начнем, важно знать, что Майкл Левин не является маргинальным ученым или сумасшедшим. Он является директором Центра открытий Аллена в Университете Тафтса, а также Центра регенеративной биологии и биологии развития Тафтса и содиректором Института компьютерно сконструированных организмов. Он является соавтором нескольких сотен научных статей, на которые цитируется около 30 000 раз, и имеет список выдающихся наград длиной с вашу руку.
Все это означает: мы можем понять, почему работа Левина могла иметь успех. под радарами многих людей; это краткое изложение станет довольно популярным. Но за более чем два десятилетия он заслужил право на то, чтобы его воспринимали всерьез.
Также важно отметить, что Левин — всего лишь один из ведущих исследователей в широкой и расширяющейся области — он просто обеспечивает отличный путь к этим идеям благодаря ряду четких, хорошо продуманных презентаций и интервью.
Содержание
Клеточный интеллект: переворачиваем наше представление о ДНК
Итак, имея это в виду, давайте начнем с переворота одного общепринятого представления: ДНК — это проект, по которому построены наши тела. построены; набор инструкций, который сообщает стволовым клеткам, где расти и кем становиться, чтобы собрать биологический организм. В интервью «главе TED» Крису Андерсону в 2021 году Левин объясняет одну проблему, связанную с этим понятием.
«Головастику, становящемуся лягушкой, приходится перестраивать свое лицо», — говорит Левин. «Глаза, ноздри, челюсти — все должно двигаться. Раньше можно было подумать об этом так, что у вас есть своего рода запрограммированный набор движений, где все эти вещи двигаются, а затем вы получаете свою лягушку. Но несколько лет назад мы обнаружили довольно удивительный феномен.
«Если вы сделаете так называемую «лягушку Пикассо» — это головастики, у которых челюсти могут быть сдвинуты в сторону, глаза вверху, ноздри подвижны, все сдвинуто — эти головастики образуют в основном нормальные лягушачьи мордочки. потрясающе – все органы изначально расположены в ненормальном положении, но в конечном итоге из них получается довольно хорошая лягушачья мордочка.
«Головастики Пикассо» с искаженными чертами лица успешно перестраиваются в обычных лягушек, демонстрируя гибкий тип «интеллекта» решения проблем в отличие от жесткого набора инструкций роста, управляемого ДНКМайкл Левин
«То есть эта система, как и многие живые системы, не является набором жестко запрограммированных движений; на самом деле она работает над уменьшением ошибки между тем, что происходит сейчас, и тем, что она знает, что это правильная конфигурация лица лягушки. Этот тип принятия решений, который подразумевает гибкие реакции на новые обстоятельства? В других контекстах мы бы назвали это интеллектом».
Итак, если не ДНК связывается с этими клетками посредством биохимических сигналов, то как эти клетки узнают, где они находятся и что делать дальше?
Биоэлектричество: оно касается не только нервных клеток
«Они определенно общаются биохимически и посредством физических сил», — говорит Левин. «Но происходит еще кое-что чрезвычайно интересное. По сути, это называется биоэлектричеством – ненейронным биоэлектричеством. Оказывается, все клетки – не только нервы, но и все клетки вашего тела – общаются друг с другом с помощью электрических сигналов».
Левин и его команда начали отслеживать эти электрические сигналы в эмбрионах лягушек по мере их развития и увидели, что как только клетки нового организма начинают делиться, они начинают формировать электрические сети. И за многие годы они пришли к новому пониманию: ДНК в некотором смысле не является программным обеспечением, которое строит ваше тело. Это больше похоже на оборудование, на котором работает интеллектуальная система.
«Люди не в восторге от компьютерных аналогий в биологии, и во многих отношениях они плохи», — сказал Левин профессору Университета штата Аризона Эндрю Мейнарду в другом интервью ранее в этом году. «Но этот, я думаю, хороший. То, что кодирует геном, — это аппаратное обеспечение — он сообщает каждой клетке, с каким микроскопическим оборудованием ей приходится играть. Это белки, которые у нее есть. Все, что происходит после этого, — это программное обеспечение. .
«И это оборудование можно перепрограммировать. Геном не определяет напрямую вашу форму. Он не формирует содержимое воспоминаний сетей вашего тела. Он дает вам удивительное оборудование, которое делает некоторые вещи по умолчанию, прямо из коробки». , но его также легко перепрограммировать.»
Ответ: Красители-репортеры напряжения показывают электрические градиенты в эмбрионе лягушки всего в 16 клетках. B: Поля изопотенциальных клеток показывают гиперполяризованные области, которые предвещают экспрессию регуляторных генов во время черепно-лицевого развития эмбриона лягушки. Дэни Адамс/Ванденберг и др.
«Клетки образуют электрические сети, и эти сети обрабатывают информацию, в том числе воспоминания об образце», — рассказывает он Андерсону еще в 2021 году. «Они включают в себя изображения крупномасштабных анатомических структур, где будут располагаться различные органы, где разные оси животного… передняя и задняя часть, голова и хвост – будут. Они буквально удерживаются в электрических цепях крупных тканей точно так же, как мозг хранит другие виды воспоминаний и обучения».
Мульти- эксперименты с плоскими червями
Как и любая другая вычислительная система, эти биоэлектрические клеточные сети можно взломать.
«Вы можете сделать шаг назад, — говорит Левин Андерсену, — и дать [сотовой сети] стимулы или входные данные так же, как вы бы передали их перепрограммируемому компьютеру, и заставить сотовую сеть делать что-то совершенно отличное от того, что она делает». в противном случае эти биоэлектрические сигналы дают нам точку входа непосредственно в программное обеспечение, которое управляет крупномасштабной анатомией, а это совершенно другой подход к медицине, чем перемонтирование определенных путей внутри каждой клетки».
Для демонстрации Левин и его команда выбрали планарий – плоского червя, обитающего в пресной воде и обладающего замечательной способностью полностью регенерировать отрезанные части тела. У этих существ есть целый мозг, а также множество внутренних органов, но вы можете разрезать их на более или менее неограниченное количество частей, и каждая часть восстановит все, чего ей не хватает, чтобы сформировать полноценного червя.
«Это система, в которой каждая частица знает, как выглядит целая планарий», — говорит Левин, — «и она может восстанавливать нужные органы в нужных местах, а затем останавливается».
Слева: градиенты напряжения по передней/задней оси планарий плоских червей. В центре: расшифровка биоэлектрических сигналов, определяющих отрастание головы или хвоста. Справа: манипулирование электрическими сигналами приводит к появлению двухголового плоского червя. Бин и др
Левин и его команда отрезали этим плоским червям голову и хвосты, измерили электрический градиент между культями головы и хвоста и провели несколько экспериментов, чтобы увидеть если манипулирование этим электрическим градиентом приведет к тому, что сотовые сети начнут строить неправильные части.
«Мы не применяем электричество», — говорит он Андерсену. «Мы включаем и выключаем маленькие транзисторы — на самом деле это белки ионных каналов, которые каждая клетка изначально использует для настройки своего электрического состояния. И когда вы это делаете, вы можете перевести эту схему в состояние, которое говорит «построить две головы» или, по сути, «построить ни одной головы». И то, что вы видите здесь, — это настоящие черви, у которых либо две головы, либо ни одной, потому что эта электрическая карта — то, что клетки используют для решения, что делать.
«И создав их, мы провели совершенно сумасшедший эксперимент. Вы берете одного из этих двухголовых червей и отрубаете обе головы, оставляя только нормальный средний фрагмент. Имейте в виду, эти животные не подвергались генетическому редактированию.. Их геномная последовательность полностью соответствует дикому типу… И стандартная парадигма гласит: если избавиться от этой лишней ткани и отредактировать геном, получится совершенно нормальный червь. И вот что удивительно. Но не то, что происходит. Эти черви, если их снова и снова резать в простой воде, продолжают регенерировать как двуглавые.
Обычные, безголовые и четырехголовые планарийные плоские черви – все жизнеспособныLevin et al
«Подумайте об этом – память шаблонов, в которую эти животные будут регенерировать после повреждений, была навсегда перезаписана. И на самом деле, мы можем переписать ее обратно и вернуть им одноголовость без какого-либо геномного редактирования. Это прямо здесь говорит вам, что информационная структура, которая сообщает этим червям, сколько голов у них должно быть, находится не непосредственно в геноме, а в этом дополнительном биоэлектрическом слое.
«Вероятно, и многие другие вещи тоже, и теперь у нас есть возможность их переписывать. И это, конечно, ключевое определение памяти. Она должна быть долговременно стабильной и перезаписываемой. И теперь мы начинаем взламывать этот морфогенетический код, чтобы спросить, как эти ткани хранят карту того, что делать, и как мы можем войти и переписать эту карту для новых результатов?»
Сконструированные ксеноморфы: коллекции живых клеток, прокладывающие свой путь по миру, освобожденные от обязанности стать организмом, из которого они родилисьЛевин и др.
Краткое замечание о ксеноботах
В целях краткости мы пропустим некоторые другие невероятные работы, которые Левин и его коллеги проделали над «ксеноботами» — освобождение групп клеток из их организмов и предоставление им возможности самособираться в совершенно новые существа, которые используют свой клеточный интеллект и биоэлектрическую связь для развития собственного уникального поведения – или могут быть спроектированы и запрограммированы извне.
Подробнее об этих замечательных живых кооперативах вы можете узнать примерно в 15-минутном интервью TED с Крисом Андерсоном ниже.
Майкл Левин: Электрические чертежи, которые организуют жизнь | TED
Регенерация органов с помощью сокращений «подпрограмм»
Еще одной потрясающей особенностью работы команды стала демонстрация того, что взлом различных организмов с использованием этого подхода на самом деле может оказаться намного проще, чем может показаться. По сути, вам не нужно понимать, как построить руку, глаз или мозг на детальном уровне; клеточный разум знает, что делать, нужно лишь запустить постройку органа на макроуровне.
Левин приводит пример построения целых глаз в кишках головастиков. «Запуская подпрограммы построения глаз в физиологическом программном обеспечении организма, — говорит он Андерсену, — вы можете очень, очень легко приказать ему построить сложный орган. Это важно для биомедицины, потому что мы не знаем, как микро -управлять построением глаза.
Целенаправленные изменения напряжения посредством неправильной экспрессии ионных каналов у эмбриона лягушки вызывают образование полных эктопических глаз в нечетных местах, как в кишечникеPai et al.
«Я думаю, пройдет очень много времени, прежде чем мы сможем создавать такие вещи, как глаза, руки и так далее, снизу вверх. Но нам это не нужно, потому что тело уже знает, как это сделать. Есть такие подпрограммы, которые могут запускаться определенными электрическими закономерностями, которые мы можем обнаружить. Это то, что мы называем взломом биоэлектрического кода. И мы можем создать глаза, мы можем создать дополнительные конечности… Мы можем создать дополнительные сердца… Мы начинаем взламывать. код, чтобы понять, где в этом программном обеспечении находятся подпрограммы, которые мы можем запустить.»
«Например», — говорит он Мейнарду, — «мы можем показать, что у взрослых лягушек, у которых обычно не восстанавливаются ноги, 24 часа стимуляции с помощью особого лечения, которое мы придумали, дают вам полтора года роста ног». После этого мы его вообще не трогаем… Идея состоит не в том, чтобы управлять процессом на микроуровне, а в том, чтобы убедить клетки, что это именно то, что они хотят сделать – и у них есть все компетенции, как это сделать. сделать это.»
Биоэлектрический хакер: лягушки создают дополнительные, хорошо сформированные конечности с нормальной структурой костей. Левин и др.
Революционные последствия в регенеративной медицине
Если вы можете вырастить заново любую часть тела, которую захотите, с нуля… Что ж, у вас есть совершенно новая форма медицины с некоторыми откровенно жуткими силами. Левин считает, что потенциал этой работы в области клеточного интеллекта и биоэлектрического взлома огромен.
«Если задуматься», — говорит Левин Андерсену, — «большинство проблем биомедицины — врожденные дефекты, дегенеративные заболевания, старение, травматические повреждения и даже рак — сводятся к одному: клетки строят не то, что вы от них хотите». строить. Итак, если бы мы поняли, как взаимодействовать с этими клеточными коллективами и переписать их целевую морфологию, мы смогли бы нормализовать опухоли, исправить врожденные дефекты, вызвать регенерацию конечностей и других органов.
«Это то, что мы уже делали в моделях лягушек. Следующий действительно интересный шаг — применить это к клеткам млекопитающих».
Левин говорит, что три фактора определяют формы, в которые вырастают организмы: геномные, биоэлектрические и биомеханические силы. Бен Олдройд/Майкл Левин.
Дело глубже: молекулярный интеллект.
Команда Левина расширила свои возможности. Сосредоточьтесь не только на рассмотрении живых клеток и обнаружите, что подпрограммы, которые могут выполнить часть работы, по-видимому, гнездятся вплоть до молекулярного уровня.
«Все эти уровни, — говорит он Мейнарду, — состоят из субагентов, которые решают проблемы в различных пространствах: анатомическом пространстве, физиологическом пространстве и т. д. — и у них разные компетенции и разные задачи. Каждый уровень использует преимущества того, что Я называю это агентным материалом – вам придется создавать его совсем иначе, чем если бы вы создавали пассивную или даже активную материю.
«И он проникает даже ниже клеток. Я имею в виду, что мы изучаем способность молекулярных сетей к обучению. Не говоря уже о целых клетках, даже молекулярные сети, вероятно, обладают как минимум шестью различными видами способности к обучению.
«Нам нужен какой-то способ говорить о молекулярных системах как о разумных, потому что мы должны быть в состоянии рассказать историю масштабирования. Мы все начинаем жизнь как неоплодотворенная яйцеклетка, маленькая капля химии и физики. никакой молнии, которая в какой-то момент говорит: «Хорошо, ты был физиком, но теперь ты настоящий ум». Нам нужна парадигма того, как интеллект может расширяться из более простых форм.
«Тип интеллекта, о котором я говорю, — это тот, который Уильям Джеймс определил как достижение одной и той же цели разными способами. Так что это на самом деле навигационный интеллект. Это публично наблюдаемая, идеально эмпирически проверяемая способность решать проблемы. Я не говорю о сознании, я не говорю о самосознающем метаинтеллекте, где вы знаете, насколько вы умны, я не говорю ни о чем подобном. Я говорю о способности ориентироваться в проблемном пространстве и достигать своих целей, несмотря на различные новые вещи, которые могут произойти».
Интеллект появляется в множество масштабов — от молекулярного до клеточного, организма, роя и даже уровня экосистемы, — пишет Левин Джереми Гуэй/Peregrine Creative & Розенблут и др.
TAME: технологический подход к разуму повсюду
Левин и его команда начинают находить поддающиеся проверке примеры гибкого «интеллекта», позволяющего решать проблемы, во многих местах, что им пришлось разработать подход, позволяющий убедиться, что они не видят призраков в машине.
«Две вещи относительно заявлений разведки», — говорит он Мейнарду. «Прежде всего, это не философское утверждение. Это эмпирическое, проверяемое, экспериментальное утверждение. Если вы думаете, что какая-то система обладает каким-то интеллектом, вы выдвигаете гипотезу о проблемном пространстве, о цели, которую она имеет, о компетенции, которые, по вашему мнению, у него есть, и вы собираетесь проводить возмутительные эксперименты.
«Это не все подряд, мы не рисуем надежды и мечты на камнях, у нас есть очень конкретные гипотезы о способностях решать проблемы. Вы не можете просто представить себе дух под каждым камнем. Но в то же время вы не можете просто предположить, что у клеток его нет.
«Другая часть этого заключается в том, что когда вы делаете заявление об интеллекте какой-то системы, вы, по сути, проходите тест на IQ, потому что то, что вы говорите как наблюдатель, это «вот что, по моим наблюдениям, может делать эта система». Это не значит, что вы не упустили целую кучу других вещей».
Биологический и искусственный интеллект, представленные с использованием генеративных инструментов, должны объединиться в рамках более инклюзивного понятия познания, говорит Левин
Сознание и искусственный интеллект: где провести черту
Как и во многих передовых областях в сегодняшнем диком мире науки и технологий, работа Левина неприятно близко подходит к барьеру неизвестности и сферам философии или религии. Действительно, когда дело доходит до искусственного интеллекта, в котором исследователи изо всех сил пытаются понять, что именно отделяет достаточно продвинутый ИИ от сознательного существа, можно почти сказать, что работа Левина приближается к тому же барьеру с противоположной стороны.
Мейнард спрашивает, как структура TAME Левина может оценивать последние достижения в области искусственного интеллекта и машинного обучения. «У нас могут быть некоторые споры о сознании и так далее, — отвечает он, — но я не думаю, что есть какой-либо способ утверждать, что у нас нет машин, обладающих значительной — в некоторых случаях, степенью человеческого уровня. оперативный интеллект».
Действительно, в одной статье, опубликованной в журнале Frontiers in Systems Neuroscience, Левин выступает за «более инклюзивную структуру познания».
«Какими бы ни были различия между нами и какой-то будущей архитектурой ИИ, — говорит он Мейнарду, — ответ не будет таким, как часто говорят люди. Вот несколько плохих ответов: «Это всего лишь машина, она действует по законам физики». и химия». Ну, угадайте, что вы тоже. «Я знаю, что это такое, потому что это линейная алгебра, и я ее построил». Но мы обнаруживаем обучение и память в таких простых системах, как несколько генов, которые включают и выключают друг друга. Сеть дифференциальных уравнений, представляющих гены, включающие и выключающие друг друга – не говоря уже о целой клетке, не говоря уже о целом геноме, – может. уже занимаюсь кондиционированием по Павлову.
«И мы обнаружили неожиданные возможности и поведение решения проблем в таком тупом алгоритме сортировки, как пузырьковая сортировка, такой тип отбора. Эти вещи детерминированы: шесть строк кода, некуда спрятаться, никакой магии. Но если вы посмотрите на них правильно, вы обнаружите вещи, о которых вы даже не подозревали. То, чего буквально нет в алгоритме. на что он способен».
Действительно, Левин решил провести свою собственную линию на песке между живым клеточным интеллектом и искусственным интеллектом.
«Несколько месяцев назад, — говорит он Мейнарду, — я начал писать статью, чтобы очень четко изложить, какие полдюжины вещей в биологии действительно важны для создания истинных агентов, имеющих значение в биологии». моральное чувство. Например, «вот что делает биология, чего не делает ни одна из наших компьютерных архитектур».
«И я остановился. И я не собираюсь писать эту статью. Не то чтобы это поможет – рано или поздно это сделает кто-то другой. Но я не хочу нести ответственность за эту ерунду. В какой бы степени я ни был прав , обнаружив некоторые из ключевых особенностей, которые, как мне кажется, делают истинных разумных существ, о которых нам нужно будет позаботиться… В этом смысле я не хочу нести ответственность за создание триллионов из них и иметь никакого контроля над тем, как с ними обращаются».
Идея Производство и использование новых форм разумной жизни, изображенных здесь с использованием генеративных инструментов, «абсолютно возможно», согласно Левину.
Новые формы разумной жизни?
И вот к этому моменту научного путешествия Левина мы подходим: размышляя о том, возможно ли создать новые формы сознательной, разумной жизни, используя невероятные идеи и методы, которые он и его коллеги в этой замечательной области разработали. И Левин недвусмысленен.
«Я думаю, что это абсолютно возможно», — говорит он Мейнарду. «Идея о том, что особенность разума может быть создана только слепым, изобретательным агентом, который производит мутации и выбирает определенные вещи? Я не понимаю, почему этот процесс имеет монополию на создание настоящего разума.
«Я знаю, что есть люди, которые не согласны с этим. Я думаю, что Ричард Уотсон один из них. Но я думаю, что есть много способов сделать это. Я думаю, что у нас уже есть хорошая основа для выяснения того, какова реальная политика. и необходимые компоненты. И они не имеют ничего общего с тем, что они созданы из протоплазмы, или с какими-либо вещами, которые, как мы предполагаем, связаны с биологией, я абсолютно уверен, что они могут быть созданы в других средах.
«Когда я рассказываю об этих вещах широкой, случайной аудитории в традиционных областях, большинство из них — это вещи, о которых они никогда не слышали или которые звучат для них совершенно неправильно на философском уровне. Поэтому я не уверен, где мы находятся в переходе от «это невозможно» к «это совершенно очевидно». Я думаю, что это тот путь, по которому мы идем, я просто не уверен, где мы находимся… Если мы все проживем достаточно долго, это все перевернет.
Так что же, спрашивает Мейнард, все это означает для будущего человечества? «Будущее — это свобода воплощения», — отвечает Левин. «Я вижу, что в будущем наши дети, которым рассказывают истории из прошлого, скажут: «Вы, должно быть, шутите надо мной. Вы имеете в виду, что кто-то родился, и только из-за каприза какого-то космического луча, попавшего в их ДНК, им пришлось остаться и умереть в теле, с которым они родились? Может быть, их цель требовала большего IQ или большей продолжительности жизни, но нет, у них были боли в пояснице и астигматизм, а затем они умерли в 70 лет. Это не может быть правдой. Никто не может так жить? !'
«Я вижу будущее, в котором то, где мы находимся сейчас, становится смешным. Так и должно быть. Это это смешно».
Невероятные вещи и одни из самых соблазнительных и заставляющих задуматься идей, с которыми я сталкивался за более чем 17 лет работы в New Atlas Ниже представлена полная беседа Левина с директором Инициативы «Будущее человека» Эндрю Мейнардом в апреле 2024 года.
Переосмысление биологии: разговор с Майклом Левином
