Google-Fruchtfliegengehirn steuert nun auch Videospiele wie Doom

Die Veröffentlichung des vollständigen digitalen Nervensystems einer adulten Fruchtfliege war als grundlegender Meilenstein für die Neurowissenschaften gedacht. Doch nur Tage nach der Bekanntgabe des Projekts durch Google Research und den Howard Hughes Medical Institute’s Janelia Research Campus machten Softwareentwickler das, was im digitalen Zeitalter bei fast jedem fortgeschrittenen Datensatz passiert: Sie spannten das Gehirn vor den Bildschirm.

Männliche Fruchtfliege liefert 166.700 simulierte Neuronen für neuronale Netze

Das als MaleCNS v1.0 bezeichnete Modell bildet das größte vollständige Gehirn einer Fliege nach Neuronenzahl ab. Das Projekt basiert auf einer jahrzehntelangen Arbeit, bei der das Nervensystem des Insekts in Millionen ultradünne Schnitte zerlegt und mit Elektronenmikroskopen erfasst wurde. Mithilfe von Künstlicher Intelligenz und jahrelanger manueller Verifizierung erstellten die Forscher ein dreidimensionales Modell mit mehr als 166.000 Neuronen und rund 125 Millionen synaptischen Verbindungen. Die Daten stehen der Öffentlichkeit als Download zur Verfügung.

Das erklärte Ziel der Wissenschaftler ist es, zu verstehen, wie biologische Nervensysteme die Welt wahrnehmen, auf Reize reagieren und wie beschädigte Pfade eines Tages repariert werden könnten. Da das menschliche Gehirn mit etwa 86 Milliarden Neuronen derzeit nicht vollständig kartierbar ist, dienen Insekten wie die Fruchtfliege als Modellorganismus. Programmierer erkannten jedoch schnell, dass ein vollständig verschaltetes neuronales Netzwerk wie eine komplexe Rechenmaschine funktioniert, die sich für eigene Simulationen einsetzen lässt.

Alex Wormuth lässt das Fliegengehirn Doom spielen

Zu den ersten Entwicklern, die das Datenset nutzten, gehörte der Coinbase-Ingenieur Alex Wormuth. Er programmierte eine Schnittstelle, um das simulierte Fliegengehirn den Klassiker Doom aus dem Jahr 1993 steuern zu lassen.

Wormuth erklärte, dass jeder Doom-Frame sensorische Neuronen stimuliert und die resultierende neuronale Aktivität direkt auf Spielsteuerungen abgebildet wird. Bei Schaden löst das System einen Reiz an zwei PPL101-Dopaminzellen als Verstärkung aus. Alex Wormuth, Softwareingenieur

Google und Janelia Research Campus kartieren Nervensystem der Fruchtfliege

Wormuth veröffentlichte einen Livestream des Experiments, bei dem sowohl die Ego-Perspektive der virtuellen Fliege als auch eine Außenansicht zu sehen ist. Berichten zufolge schlug sich das digitale Gehirn allerdings mäßig: Nach mehr als 6.385 Versuchen gelang es der Fliege bisher nicht, das Spiel zu gewinnen.

Von Minecraft bis Super Mario 64: Entwickler experimentieren mit MaleCNS v1.0

Doom blieb nicht das einzige Ziel für das neuronale Netzwerk. Die Entwicklerin Lyra Bubbles nutzte das Fliegenmodell für das Rhythmusspiel Beat Saber. Wie die Entwicklerin später erklärte, lernte das Modell das Spiel allerdings nicht eigenständig von Null an, sondern sein motorisches System wurde überfitet, um eine aufgezeichnete Bewegungssequenz zu reproduzieren, während die Einbindung von visuellen Daten und Reinforcement Learning weiterentwickelt wird.

Softwareentwicklerin Jessica Paquette brachte das Fliegengehirn in Super Mario 64 zum Laufen und stellte den Code auf GitHub bereit, wo sie anmerkte, dass das Projekt „vibe-coded“ wurde. In den geteilten Videoclips ist zu sehen, wie der Nintendo-Charakter wiederholt gegen Wände läuft. Entwickler Evan Sinclair Smith integrierte die 166.700 Neuronen in Minecraft, um mithilfe von NeuroCraft Fly die Bewegung einer virtuellen Fliege zu steuern. Jessica Paquette, Softwareentwicklerin”

Während viele Programmierer die virtuelle Fliege in Videospiele schickten, reagierten andere mit Gegenentwürfen. Ein anderer Entwickler erschuf unter dem Namen Fruit Fly Heaven eine friedliche Umgebung mit Gras, Bäumen und Früchten, in der sich das simulierte Insekt frei bewegen kann, anstatt in Endlosschleifen gegnerischem Beschuss ausgesetzt zu sein.

Unterschiede zwischen MaleCNS v1.0 und Flywire.AI

Neben dem von Google veröffentlichten männlichen Konnektom existieren weitere Initiativen. YouTuber Ro0oney verwendete beispielsweise das Projekt Flywire.AI, das in Zusammenarbeit mit der Princeton University entwickelt wurde. Im Gegensatz zu Googles männlichem Datensatz basiert Flywire auf dem Gehirn einer weiblichen Fruchtfliege und weist eine leicht abweichende Anzahl an rekonstruierten Neuronen auf, verfolgt jedoch einen ähnlichen technisch-wissenschaftlichen Ansatz.

Trotz der teils humoristischen Experimente betonen die Entwickler, dass diese digitalen Simulationen kein Bewusstsein oder eine reale empfindungsfähige Fliege im Computer darstellen. Dennoch zeigt die breite Welle an Projekten, wie schnell ein wissenschaftlicher Datensatz nach seiner Veröffentlichung in Fachmagazinen wie Cell als Experimentierfeld genutzt wird. Google blickt derweil bereits voraus und arbeitet mit Forschern an ähnlichen Konnektomen für Fische und Mäuse.