Harvardský neurovědci a Google DeepMind vytvořili umělý mozek ve virtuálním krysím modelu

V rámci působivého projektu se výzkumníci z Harvardské univerzity spojili s vědci z Google DeepMind, aby vytvořili umělý mozek pro virtuální krysu. Tento inovativní průlom, publikovaný v Nature, otevírá nové dveře pro studium toho, jak mozek kontroluje složitý pohyb pomocí pokročilých simulací umělé inteligence.

Stavba virtuálního mozkového modelu krys

Pro konstrukci virtuálního mozkového modelu krys využila výzkumná skupina high-resolution data zaznamenaná z skutečných krys. Harvardský výzkumníci úzce spolupracovali s týmem DeepMind na vytvoření biomechanicky realistického digitálního modelu krys. Doktorand Diego Aldarondo spolupracoval s výzkumníky DeepMind na výcviku umělé neuronové sítě (ANN), která slouží jako virtuální mozek, pomocí silné techniky strojového učení deep reinforcement learning.

Neuronová síť byla vyškolena k použití inverzních dynamických modelů, které se předpokládá, že jsou používány našimi mozkem pro řízení pohybu. Tyto modely umožňují mozku vypočítat nezbytnou trajektorii a přeložit ji do motorických příkazů pro dosažení požadovaného pohybu, jako je například dosažení šálku kávy. Virtuální mozek krys se naučil generovat požadované síly pro produkci širokého spektra chování, včetně těch, které nebyly explicitně trénovány, pomocí referenčních trajektorií odvozených z dat skutečných krys.

Jak uvedl Ölveczky, “DeepMind vyvinul pipeline pro trénování biomechanických agentů v komplexních prostředích. My prostě neměli dostatečné zdroje pro běh simulací, jako jsou tyto, pro trénování těchto sítí.” Spolupráce byla “fantastická”, dodal, zdůrazňující zásadní roli, kterou hráli vědci DeepMind při dosažení tohoto průlomu.

Výsledkem je virtuální mozek schopný ovládat biomechanicky realistický 3D model krys v sofistikovaném fyzikálním simulátoru, který se velmi podobá pohybům skutečné krys.

Potenciální aplikace

Virtuální krysa s umělým mozkem představuje novou metodu pro zkoumání neuronových obvodů odpovědných za složitá chování. Studiem toho, jak umělý mozek ovládá pohyby virtuální krys, mohou neurovědci získat cenné poznatky o složitých funkcích skutečných mozků.

Tento průlom by mohl také otevřít cestu pro inženýrství pokročilejších systémů robotického ovládání. Jak navrhuje Ölveczky, “Zatímco naše laboratoř se zajímá o základní otázky o tom, jak mozek funguje, tato platforma by mohla být použita, jako jeden příklad, pro inženýrství lepších systémů robotického ovládání.” Porozuměním tomu, jak umělý mozek generuje složitá chování, výzkumníci mohou být schopni vyvinout více sofistikované a adaptivní roboty.

Možná nejzajímavější je, že tento výzkum může umožnit vznik nového oboru “virtuální neurovědy”, kde simulované zvířata s umělou inteligencí slouží jako pohodlné a plně transparentní modely pro studium mozků, i v případě onemocnění. Tyto simulace by mohly poskytnout bezprecedentní pohled do neuronových mechanismů, které stojí za různými neurologickými stavy, potenciálně vedoucí k novým strategiím léčby.

Další krok: Více autonomie virtuální krys

Na základě této průlomové práce plánují výzkumníci dát virtuální krys více autonomie pro řešení úkolů podobných těm, se kterými se setkávají skutečné krys. Jak vysvětluje Ölveczky, “Z našich experimentů máme mnoho nápadů o tom, jak jsou tyto úkoly řešeny a jak se implementují algoritmy učení, které umožňují získání nových dovedností.”

Poskytnutím virtuální krys více nezávislosti mohou vědci testovat své teorie o algoritmech učení, které umožňují získání nových dovedností. To by mohlo poskytnout cenné poznatky o tom, jak skutečné mozek učí a přizpůsobuje se novým výzvám.

Konečným cílem je pokročit v našem porozumění tomu, jak skutečné mozek generuje složitá chování. “Chceme začít používat virtuální krys pro testování těchto nápadů a pomoci pokročit v našem porozumění tomu, jak skutečné mozek generuje složitá chování,” prohlašuje Ölveczky. Pokračováním v tomto inovativním přístupu a jeho rozšiřováním mohou neurovědci a výzkumníci umělé inteligence spolupracovat na rozluštění tajemství mozků a vytvářet více inteligentní a adaptivní systémy.