这只线虫不简单！大脑被高精度还原，可动态蠕动前行( 二 ) _神经元

那么，这只“智能线虫”究竟长啥样？
首先，团队利用大量公式和模型，建模出线虫的“电子神经元” 。
用到的模型主要有三种：多种离子通道模型、Hodgkin-Huxley模型和多舱室（多房室）模型（Multi-compartment Model）。
其中，多种离子通道模型顾名思义，用于模拟细胞膜上的各种离子通道，天宝 1.0模型使用了14种离子通道；
Hodgkin-Huxley模型（HH模型），能将神经元的每个部分都模拟成不同的电路元件；

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△HH模型示例，图片来源于维基百科—真·生物是一台精密的电子仪器
多舱室模型，将神经元视为一个系统，按动力学特点分为若干个舱室，每个舱室所包含的离子通道数目也各不相同。

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△图片来源于江小芳, 刘深泉, 张煦晨著论文《中等多棘神经元的多房室模型分析》
这三种模型组合起来，就能将神经元的构造、神经元细胞膜上动作电位和梯度电位的形成与传导、以及物质在各机体部分间传导的速率模拟出来。
施工完成后的这只“智能线虫”，精细建模了秀丽隐杆线虫（雌雄同体）的302个神经元、以及这些神经元之间的数千个连接，使用了14种离子通道，细节达到了亚细胞级别。
线虫的302个神经元分为感官神经元、中间神经元和运动神经元等，在这其中，团队又针对106个感知和运动神经元进行了高精度建模，高度拟合了它们的电生理动力学。
统计下来，单个神经元最多舱室（compartment）数2313个，最少10个。302个神经元平均每个52个舱室。神经元之间的突触连接精细到神经突（树突、轴突）的水平：

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然后，团队构造了一个3D流体动态仿真环境，让线虫在接近真实的场景下运动起来。
注意，模拟环境这一步尤为重要，它是研究线虫如何自适应微观环境运动方式的关键步骤。
线虫建模精细到亚细胞（微米级别）后，物理定律的尺度都缩小了，摩擦力与粘滞力的作用要比重力大上几个数量级。
在这种情况下，线虫还能自如地吃饭喝水供能，与其和环境交互的巧妙方式密不可分。
因此，天演团队结合计算神经学、运动力学、图形学等多学科交叉，为智能线虫“天宝”构造了逼真的线虫肌肉和身体软体模型，建立了更适合人工智能体训练的流体仿真环境。
具体来说，这个环境框架由包含三维建模、有限元求解、简化流体模型、强化学习、可视化等多个模块，能最大程度上模拟线虫与环境的交互方式。
相比目前国际领先的OpenWorm线虫仿真项目，天演团队的流体仿真环境规模更大，也更适合作为生命体的多体/群体智能行为仿真环境、完成智各种能体学习训练复杂任务等。
最后，团队将线虫模型放到仿真环境中，完成了初步训练。
这些都是未来天演平台的组成部分。具体来说，这是一个还在建造中的多GPU集群平台，可用于高精度、大规模生物神经元的模拟。
在场景尺度超过1300个线虫身长的仿真环境下，团队现在已经初步训练出了能够根据环境化学信号分布自主行动的“智能线虫”，而这一场景也能支持更大空间和多线虫群体仿真。
据团队表示，“智能线虫”模型能够高效、精准地计算与流体环境相互作用的规律，在相同计算资源下，单线虫单次仿真时间小于0.1秒。