美英利用AI和物理模拟技术构建全尺寸虚拟果蝇模型

文章导读

想象一下，科学家在电脑里造出了一只几乎能以假乱真的果蝇！美英顶尖团队联手，首次利用AI与高精度物理模拟，构建出全球首个全尺寸虚拟果蝇。它不仅能像真果蝇一样灵活飞行、爬行，甚至能“看见”环境自主导航——这绝非简单的动画，而是融合了真实扫描数据、逼真空气阻力模拟和神经网络控制器的“活”模型！这项突破性研究登顶《自然》，为揭秘大脑如何指挥身体与环境互动提供了前所未有的实验平台。科学家下一步即将把真实果蝇神经图谱融入其中，探索行为背后的终极密码。

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4月23日，据《自然》期刊网站报道，来自美国霍华德·休斯医学研究所研究所和谷歌旗下的英国公司DeepMind的研究人员利用人工智能（AI）和物理模拟技术创造一个虚拟果蝇模型，该模型不仅能模拟果蝇的真实行为，还能学习如何控制动作。相关研究成果发表于《自然》。

一直以来，科学家们都在努力揭示动物的神经系统、身体和环境如何塑造动物行为，但仅依靠动物实验难以实现这一目标。该研究中，联合团队构建了一个虚拟果蝇模型，能够帮助科学家们深入了解果蝇行为的许多细节。研究人员首先利用高分辨率荧光显微镜详细扫描了一只雌性果蝇的身体，精确记录其每一个身体部位（尤其是关节）的细节，并在此基础上利用DeepMind研制的MuJoCo人工智能训练物理模拟器构建出一个精确三维果蝇全身模型。进一步，研究人员在MuJoCo中加入了能够模拟昆虫振翅空气阻力和爬行吸附力的功能模块并训练出相应的人工神经网络控制器，使虚拟果蝇能够掌握真实果蝇的运动模式，并根据指令沿复杂路线飞行和爬行。此外，研究人员还赋予虚拟果蝇视觉导航能力，根据“看”到的周围环境调整自己的动作。该工作为深入探索动物大脑、身体和环境之间的关系提供了一个重要实验平台。下一步，研究人员将把真实果蝇神经系统连接组图谱整合到虚拟果蝇中，以进一步探究果蝇行为背后的神经调控机制。