计算机蠕虫

这是发表的第一篇翻译,尝试的第二篇。速度很慢,两天总共花了将近三个小时。语言上也有很多不成熟的地方,肯定也有很多错误,但,这仅仅是一个开始。

这个计算机蠕虫,如果能够很好的实现并且完善,那么对于生物以及医疗研究会是一个很大的福音。

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一个以建立世界上第一个模拟有机体为目标的众筹项目

科学家会告诉你,在他们参加的会议上,绝大部分的工作,并非是在讲厅而是在外面的咖啡机周围被完成的(更不必说会议结束后那些代表们要去的酒吧)。那里是交流想法,交换电话号码以及合作开始的地方。

互联网被廉价出售的福利之一就是它具有像一个永恒旋转的全球咖啡时间的功能。一个很好的例子就是“开源蠕虫”,一个来自美国,巴西,俄罗斯以及世界其他地方的生物学家和计算机科学家通力合作的结果。5月19日,这个团队在一个叫做Kickstarter的众筹网站上筹集了121,076美元的资金。这些钱将被用于开发全世界第一个精细复杂的虚拟生命形态——一个新杆状线虫的精确开源的数字克隆体,这个新杆状线虫是一种生活在温带地区土壤中1毫米长的线虫。

新杆状线虫是一个科学的忠实拥护者。它简单,透明,易于饲养和繁殖。因此,它是生物学上最容易被理解的一个生物体。雌雄同体的个体(他们大多数都是)有959个细胞,其中302个是神经元。这些细胞中每一个的位置和功能都是已知的。由于开始于二十世纪七十年代的工作,科学家们甚至有一个神经元如何相互连接形成蠕虫的神经系统的示意图——叫做连接体。尽管经过了40年科技的进步,新杆状线虫仍然是唯一一个能够得到这种示意图的动物。

正是像这样详细的信息使“开源蠕虫”成为了可能。建立一个模型有两种方法:自上而下,以及由下往上。自上而下的方法更容易一些。不用当心用于建模的东西是如何工作的,你只需要找到复制它的习性的方程式;经济模型经常是以这种方式工作的。它是有可能的,例如,用高中数学知识就能模拟新杆状线虫的蛇形运动,但那样不会很有启发性。

因此“开源蠕虫”在其他方向继续进行。史蒂芬•拉森,一位神经计算机科学家,项目的协调人,他说,想法是模拟蠕虫每一个细胞的生化行为,以及他们之间如何相互作用。如果那可以被完成,那么运动以及所谓野兽的行为模式就能由大量的相互作用而独立实现。

建立这样一个完整的电子有机体,并且目标在于在功能上同它的肉体副本没有区别,会是一个很了不起的成就。也会很有用。例如,人脑与蠕虫的微神经系统的区别仅仅在于神经元的数量和互联性。但是,尽管这些年在这个难题上已经投入了大量的现金和汗水,仍然没有人真正弄明白大脑是如何工作的。拥有一个详尽可查的简单的神经系统模型会是很好的第一步。而新杆状线虫已经在实验室里被用于探讨从基本的生化到药物活动各方面的问题。能够以电子的方式进行那些试验,而不需要真实的蠕虫,并且有理由确信尽管如此试验的结果依然会与真实世界的一致,会是生物和医疗研究的一大福利。

目前,没有人清楚一个准确可靠的仿真是怎么一回事。一个模型的要点在于移除不必要的,凌乱的细枝末节,从而保留建模者想要研究的东西的本质。但是,甚至对于新杆状线虫这样被研究透彻的有机体来说,没有人能够确定哪些细节是至关重要,而哪些细节又是没有关联的。一个活细胞是各种酶类,离子通道,信使分子以及电压信号的复合体。尝试如实地模拟一切即使让一台超级计算机来做它也得跪。

此刻,这个团队正在规划一个系统,能够模拟蠕虫的肌细胞是如何工作的,神经元的行为以及电脉冲是如何从一个神经元传到另一个神经元。会有物理算法给蠕虫一个培养皿的逼真模拟让他在上面移动。这些算法也会确保当蠕虫收到一个来自虚拟神经元的虚拟颠簸的时候,
它的虚拟肌肉可以使身体变形准确的数值。

试验的结果将会与现实进行对比,以一个包括12,000个现实世界中新杆状线虫如何表现的视频的数据库的形式。电子蠕虫可以准确地再现越多的行为,将会越好。马泰奥•肯特莱利,项目的另一个创始人,他说系统被设计成灵活并且易于微调是至关重要的。这使团队正在飞速地完善它,从微妙的变化到那里已经有什么,或者添加一大块全新的代码。例如,蛋白质可以通过蠕虫扩散,并且在这个过程中改变它的行为的方方面面。“开源蠕虫”目前还不能模拟那个,但是团队已经有这么做的计划了。这个灵活性也使研究者可以随着科学的进步修改他们的模型。5月19日,一个来自MIT和维也纳大学的小组在《自然方法》杂志上发布了一个可以实时扫描新杆状线虫的神经系统的方法。这增加了至关重要的数据。如果一个神经连接体就像一张公路图,那么能够观察它的神经元激发,就像通过卫星视频观察交通是如何沿着地图上的公路流动一样:那是很忙碌的,很少有重复的。”开源蠕虫”团队已经敏锐地将这些数据整合到了自己的模型中。

顾名思义,“开源蠕虫”是开源的,每个人都可以玩。而他们在Kickstarter上的成功也许能够帮助从别处他们筹集资金。“我们已经考虑申请传统专利,”拉森博士说“这个众筹的成功表面有公共利益在里面,这应该帮助了我们。”如果他和他的合作者成功实现了他们的抱负,那么也许有一天做生物实验会变成一件简单的事情,下载一些动物到你的电脑上,然后就可以开始了。

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