Harvard-Neurowissenschaftler und Google DeepMind erstellen künstliches Gehirn in virtuellem Rattenmodell

In einer beeindruckenden Zusammenarbeit haben Forscher der Harvard University mit Wissenschaftlern von Google DeepMind zusammengearbeitet, um ein künstliches Gehirn für ein virtuelles Rattenmodell zu erstellen. Veröffentlicht in Nature, eröffnet dieser innovative Durchbruch neue Möglichkeiten für das Studium der Steuerung komplexer Bewegungen durch fortschrittliche AI-Simulationsverfahren.

Erstellung des virtuellen Rattengehirns

Um das Gehirn des virtuellen Rattenmodells zu erstellen, nutzten die Forscher hochauflösende Daten, die von realen Ratten aufgezeichnet wurden. Die Harvard-Forscher arbeiteten eng mit dem DeepMind-Team zusammen, um ein biomechanisch realistisches digitales Modell einer Ratte zu erstellen. Der Doktorand Diego Aldarondo arbeitete mit DeepMind-Forschern zusammen, um ein künstliches neuronales Netzwerk (ANN) zu trainieren, das als virtuelles Gehirn dient, unter Verwendung der leistungsstarken maschinellen Lernmethode Deep Reinforcement Learning.

Das neuronale Netzwerk wurde trainiert, um inverse Dynamikmodelle zu verwenden, die angeblich von unserem Gehirn für die Steuerung von Bewegungen verwendet werden. Diese Modelle ermöglichen es dem Gehirn, die notwendige Traektorie zu berechnen und sie in Motorbefehle für die Erreichung einer gewünschten Bewegung umzuwandeln, wie z. B. das Greifen nach einer Tasse Kaffee. Das neuronale Netzwerk des virtuellen Rattenmodells lernte, die erforderlichen Kräfte zu erzeugen, um ein breites Spektrum an Verhaltensweisen zu produzieren, einschließlich solcher, die nicht explizit trainiert wurden, indem es Referenztrajektorien aus realen Rattendaten verwendete.

Wie Ölveczky bemerkte, “hat DeepMind eine Pipeline entwickelt, um biomechanische Agenten zu trainieren, die sich in komplexen Umgebungen bewegen. Wir hatten einfach nicht die Ressourcen, um Simulationen wie diese durchzuführen, um diese Netzwerke zu trainieren.” Die Zusammenarbeit war “fantastisch”, fügte er hinzu und betonte die entscheidende Rolle, die die DeepMind-Wissenschaftler bei dieser Durchbruch spielten.

Das Ergebnis ist ein virtuelles Gehirn, das in der Lage ist, ein biomechanisch realistisches 3D-Rattenmodell in einem fortschrittlichen Physiksimulator zu steuern, das die Bewegungen einer realen Ratte genau nachahmt.

Potenzielle Anwendungen

Das virtuelle Rattenmodell mit seinem künstlichen Gehirn stellt einen neuen Ansatz für die Erforschung der neuralen Schaltkreise dar, die für komplexe Verhaltensweisen verantwortlich sind. Durch das Studium, wie das AI-erzeugte Gehirn die Bewegungen des virtuellen Rattenmodells steuert, können Neurowissenschaftler wertvolle Einblicke in die komplexen Abläufe realer Gehirne gewinnen.

Dieser Durchbruch könnte auch den Weg für die Entwicklung fortschrittlicherer Roboter-Steuerungssysteme ebnen. Wie Ölveczky suggeriert, “während unser Labor an grundlegenden Fragen darüber interessiert ist, wie das Gehirn funktioniert, könnte die Plattform verwendet werden, um beispielsweise bessere Roboter-Steuerungssysteme zu entwickeln.” Durch das Verständnis, wie das virtuelle Gehirn komplexe Verhaltensweisen erzeugt, könnten Forscher in der Lage sein, sophisticatedere und anpassungsfähigere Roboter zu entwickeln.

Vielleicht am aufregendsten ist, dass diese Forschung ein neues Feld der “virtuellen Neurowissenschaft” ermöglichen könnte, in dem AI-simulierte Tiere als bequeme und vollständig transparente Modelle für das Studium des Gehirns dienen, sogar in Krankheitszuständen. Diese Simulationen könnten ein unvergleichliches Fenster in die neuralen Mechanismen hinter verschiedenen neurologischen Erkrankungen bieten, was möglicherweise zu neuen Behandlungsstrategien führen könnte.

Nächster Schritt: Mehr Autonomie für das virtuelle Rattenmodell

Aufbauend auf dieser bahnbrechenden Arbeit planen die Forscher, dem virtuellen Rattenmodell mehr Autonomie zu geben, um Aufgaben zu lösen, die denen ähneln, die reale Ratten erleben. Wie Ölveczky erklärt, “aus unseren Experimenten haben wir viele Ideen darüber, wie solche Aufgaben gelöst werden und wie die Lernalgorithmen, die der Erwerbung von Fähigkeiten zugrunde liegen, implementiert werden.”

Indem das virtuelle Rattenmodell mehr Unabhängigkeit erhält, können die Wissenschaftler ihre Theorien über die Lernalgorithmen testen, die die Erwerbung neuer Fähigkeiten ermöglichen. Dies könnte wertvolle Einblicke in die Frage liefern, wie reale Gehirne lernen und sich an neue Herausforderungen anpassen.

Letztendlich ist das Ziel, unser Verständnis davon zu vertiefen, wie reale Gehirne komplexe Verhaltensweisen erzeugen. “Wir möchten beginnen, die virtuellen Ratten zu verwenden, um diese Ideen zu testen und unser Verständnis davon zu vertiefen, wie reale Gehirne komplexe Verhaltensweisen erzeugen”, erklärt Ölveczky. Durch die weitere Verfeinerung und Erweiterung dieses innovativen Ansatzes können Neurowissenschaftler und AI-Forscher zusammenarbeiten, um die Geheimnisse des Gehirns zu entschlüsseln und intelligentere, anpassungsfähigere Systeme zu schaffen.