Die Fruchtfliegen-Version der Matrix ist da: Google hat zehn Jahre lang das Gehirn der Fruchtfliege kartiert, und ein Masterstudent hat es mithilfe von GPT-6 binnen zwei Tagen in einer Sandbox zum Fliegen gebracht.
Eine Fruchtfliege, die in Minecraft herumfliegt.
In einem geheimen Raum aus Glasblöcken sind alle vier Wände vollständig durchsichtig, der Boden ist aus grauen Steinziegeln gelegt, und außerhalb der Wand erstreckt sich der für Minecraft typische blaue Himmel.
Eine kleine rotbraune Fruchtfliege schwebt in der Luft, schlägt mit den Flügeln, fliegt einige Felder weit, biegt ab, dreht sich um, zeigt mal mit dem Kopf nach links, mal mit dem Bauch nach oben – genau wie eine echte Fruchtfliege, die gerade in ein Gefäß gesteckt wurde und die Situation noch nicht verstanden hat.
Was ihren Flug antreibt, ist kein Spielskript, sondern ein vollständiges Konnektom des zentralen Nervensystems einer männlichen Fruchtfliege.
166700 Neuronen feuern in der Simulation, und die Nervenaktivität bestimmt direkt jede Richtungsänderung dieser virtuellen Fruchtfliege.
Dieses Gehirnatlas mit dem Codenamen MaleCNS v1.0 hat eine außergewöhnliche Herkunft:
HHMI Janelia, die Universität Cambridge und Google Research haben zehn Jahre daran gearbeitet, allein die manuelle Korrektur hat 44 Personenjahre in Anspruch genommen, und die Ergebnisse wurden am 3. September gerade in der Fachzeitschrift Cell veröffentlicht.
Doch nur zwei Tage später wurde er bereits in das Spiel integriert.
Wer das getan hat, ist kein Spitzenlabor, sondern ein Doktorand namens Evan Smith am Georgia Institute of Technology, und sein einziger Helfer ist GPT-6 Astra.
Evan Smith
Ein zehnjähriges Forschungsprojekt, das zu einem Spitzenresultat geführt hat, wurde in weniger als einer Woche zu einem Simulationsmod für das Sandkasten-Spiel umgesetzt.
Um die Mauer zwischen der Spitzenwissenschaft und privaten Geeks einzureißen, hat er nur zwei Tage gebraucht.
Evan Smith hat drei Sätze in seinem ursprünglichen Beitrag hinterlassen: „V1 ist noch in der Entwicklung“, „Erstellt mit Hilfe von GPT-6 Astra“, „Code und Mod werden bald veröffentlicht“.
Der Kommentarbereich ist sofort in Aufregung geraten.
Einige sagen, das sei die „Matrix“ in der Version der Fruchtfliege, andere meinen, die Simulationstheorie scheine wahr zu sein, und wieder andere bedauern diese Fruchtfliege: Stell dir vor, du bist eine simulierte Fruchtfliege, die keinen Geruch wahrnehmen kann.
Der ehemalige OpenAI-Designer Pietro Schirano hat einen Kommentar hinterlassen, der von der Geschichte von Zhuangzi adaptiert wurde:
Jetzt weiß ich nicht mehr, ob ich damals geträumt habe, eine Fruchtfliege zu sein, oder ob ich jetzt eine Fruchtfliege bin, die träumt, ein Mensch zu sein.
Obwohl der Code noch nicht öffentlich ist, hat er bereits eines bewiesen: Die Hürde für die Ganzgehirnsimulation sinkt allmählich auf das Niveau eines privaten Projekts.
166700 Neuronen
Ein quelloffener Spitzen-Gehirnatlas
Der Atlas MaleCNS, der in diesem Fall in das Spiel integriert wurde, ist das erste vollständige Konnektom des zentralen Nervensystems einer männlichen Fruchtfliege.
Das ist nicht nur ein einfaches Gehirn.
Er umfasst das Zentralgehirn, den Sehlappen und auch das ventrale Nervenseil, das dem Rückenmark der Fruchtfliege entspricht. Am wichtigsten ist, dass die Nervenverbindungen im Halsbereich vollständig erhalten geblieben sind – die Verbindung, wie das Gehirn den Körper steuert, ist zum ersten Mal in einem einzigen Atlas vollständig nachvollziehbar.
MaleCNS umfasst drei Bereiche: Zentralgehirn (grün), Sehlappen (lila) und ventrales Nervenseil (blau). Zum ersten Mal sind die Eingänge von Hören, Sehen und Riechen bis hin zur motorischen Ausgabe in einem einzigen Atlas miteinander verbunden.
Wissenschaftler haben durch Vergleich auch 262 männlich spezifische Zelltypen und 114 Zelltypen mit unterschiedlichen Formen bei beiden Geschlechtern entdeckt.
Diese Unterschiede konzentrieren sich auf höhere Gehirnbereiche. Sie erklären nicht nur die geschlechtsspezifischen Unterschiede im Balz- und Angriffsverhalten von Fruchtfliegen, sondern bestätigen auch, dass geringfügige Änderungen der Schaltkreise Auswirkungen auf das gesamte Gehirn haben können.
Unterschiede des gleichen Neurontyps AOTU008 zwischen männlichen (grün) und weiblichen (magenta) Fruchtfliegen: Das Männchen hat zwei zusätzliche Projektionen.
Wie ist dieser Gehirnatlas entstanden, der 125 Millionen synaptische Verbindungen enthält und bisher der größte Gehirnatlas nach der Anzahl der Neuronen ist?
Die Forscher haben zuerst eine Fruchtfliege in Millionen dünne Scheiben geschnitten und jede Scheibe einzeln mit einem Elektronenmikroskop gescannt. Dann hat Google die Flood-Filling-Netzwerke und das PATHFINDER-System eingesetzt, um die massiven zweidimensionalen Scheiben wieder zu dreidimensionalen Neuronformen zusammenzufügen. Schließlich wurden sie von Experten bei Janelia einzeln manuell korrigiert und annotiert.
Ein kleiner Teil der Neuronen im Gehirn und zentralen Nervensystem einer männlichen Fruchtfliege: Schräge Ansicht von vorne (links) und Draufsicht (rechts).
Zehn Jahre harter Arbeit, drei Spitzeninstitutionen haben ihr Herzblut hineingesteckt – und was sie der Öffentlichkeit übergeben haben, ist eine außergewöhnlich geekige Oberfläche: Die gesamten Daten sind unter der CC-BY-Lizenz vollständig quelloffen.
Sie müssen sich nur registrieren, um ein Token zu erhalten, einen Befehl wie „pip install“ eingeben, und mit wenigen Codezeilen können Sie die stromaufwärts und stromabwärts liegenden Verbindungen beliebiger Neuronen auf Ihren lokalen Rechner herunterladen.
Ein Gehirn mit 125 Millionen Synapsen ist zu einer quelloffenen Datei geworden, die jeder herunterladen kann.
Dieses Gehirn wecken
Welche Schritte fehlen dazwischen?
Was wurde technisch eigentlich verbunden, um aus dem Schaltplan eine virtuelle Fruchtfliege zu machen?
Im Grunde ist die Nervenverbindungskarte nur ein statischer „Verdrahtungsplan“. Um aus diesem Plan ein lauffähiges virtuelles Lebewesen zu machen, müssen drei wichtige technische Verfahren ergänzt werden.
Das erste ist die Neuronendynamik.
Wie jedes Neuron Eingänge sammelt und wann es feuert, muss durch ein mathematisches Modell gestützt werden. In der Wissenschaft ist derzeit das Modell des durchlässigen integrierenden Feuerns (Leaky integrate-and-fire) gebräuchlich.
Nur wenn die dynamischen Gleichungen verbunden sind, verwandeln sich die statischen Spulen in strömende Datenströme.
Das zweite ist die sensorische Eingabe. Die Beleuchtung, die Glasblöcke und die Entfernungen in Minecraft müssen genau in die visuellen Neuronen der Fruchtfliege kodiert werden.
Das dritte ist die Aktionsausgabe. Wie werden die elektrischen Signale des Nervensystems in die physische Bewegung der Figur im Spiel umgesetzt?
Zufälligerweise liefert das aktuelle Cell-Papier genau den fertigen Pfad: Von den visuellen Neuronen R1 bis R6 zu den motorischen Neuronen DNg13 ist es eine vollständig aufgeklärte visuell-motorische Verbindungskette.
Eine vollständige von Janelia demonstrierte visuell-motorische Verbindungskette: Von den visuellen Neuronen R1 bis R6 führt die Kette direkt zu den motorischen Neuronen DNg13.
Solange die Schnittstellen in dieser Kette korrekt programmiert sind, wird die virtuelle Fruchtfliege, wenn sie einen Block vor sich sieht, eine echte, natürliche Reaktion zeigen.
Atlas, KI und Sandkasten-Engine
Die vollständig eingeebnete Forschungshürde
Warum kann ein Masterstudent in nur zwei Tagen den gesamten Prozess der Ganzgehirnsimulation durchführen?
Schauen wir uns an, was in dieser Woche alles zusammengekommen ist.
Das Erste ist der vollständig quelloffene Gehirnatlas.
Er liefert Strukturdaten mit Genauigkeit bis auf die Nanometer-Ebene und eine direkt nutzbare API.
Das Zweite ist die rasant gestiegene Fähigkeit der KI zum Programmieren.
Um die Verbindungstabelle von Hunderttausenden von Neuronen zu einem lauffähigen Simulator umzuwandeln, sind massenhaft umständliche Schnittstellenarbeiten erforderlich: Daten lesen, Netzwerke aufbauen, Dynamik programmieren und die Spielengine verbinden.
Früher war das eine Arbeitsaufgabe, die ein Team von professionellen Ingenieuren mehrere Monate lang erledigen musste. Heute drückt GPT-6 Astra den Arbeitsaufwand auf ein Niveau, das ein Doktorand in seiner Freizeit bewältigen kann.
Das Dritte ist die Sandkasten-Engine, die fast jeder besitzt.
Minecraft verfügt über ein eigenes Mod-Ökosystem, physikalische Regeln sowie Beleuchtungs- und Kollisionsmechanismen. Wenn Sie testen wollen, ob die Fruchtfliege Hindernissen ausweicht, stapeln Sie einfach ein paar Glasblöcke als Wand. Wenn Sie testen wollen, ob sie dem Licht folgt, stellen Sie einfach eine Fackel auf.
Der Atlas liefert die Struktur, die KI senkt die technische Hürde und das Spiel liefert eine intuitive, visualisierbare Welt.
Durch das Zusammenspiel der drei Elemente wird ein Forschungsprojekt, das früher eine offizielle Genehmigung, Finanzierung und ein Team erfordert hat, zu einem reproduzierbaren quelloffenen Spiel.
Vergleichen wir die Geschichte der Ganzgehirnsimulation.
Das berühmteste Projekt ist OpenWorm: Der Fadenwurm hat nur 302 Neuronen. Wissenschaftler und Ingenieure haben eine quelloffene Gemeinschaft gegründet und mehr als zehn Jahre daran gearbeitet, bis der virtuelle Fadenwurm sich im Simulator bewegen konnte.
Sogar vor einem halben Jahr, als Eon Systems das gesamte Gehirnmodell der weiblichen Fruchtfliege FlyWire in die Physik-Engine MuJoCo integriert hat, damit die virtuelle Fruchtfliege laufen, sich putzen und fressen kann, waren sehr hohe Voraussetzungen nötig: Ein spezialisiertes Unternehmen und eine Physik-Engine auf Laborebene.
Sogar Elon Musk, Gründer von Neuralink, ist in den Kommentarbereich gegangen, um seine Bewunderung auszudrücken.
In diesem Fall ist die Anzahl der Neuronen der Fruchtfliege mehr als