Neurocientíficos de Harvard y Google DeepMind crean un cerebro artificial en una rata virtual

En una impresionante colaboración, investigadores de la Universidad de Harvard se han unido a científicos de Google DeepMind para crear un cerebro artificial para una rata virtual. Publicado en Nature, este innovador avance abre nuevas puertas en el estudio de cómo los cerebros controlan movimientos complejos utilizando técnicas de simulación de inteligencia artificial avanzada.

Construyendo el cerebro de la rata virtual

Para construir el cerebro de la rata virtual, el equipo de investigación utilizó datos de alta resolución grabados de ratas reales. Los investigadores de Harvard trabajaron en estrecha colaboración con el equipo de DeepMind para crear un modelo digital biomecánicamente realista de una rata. El estudiante de posgrado Diego Aldarondo colaboró con los investigadores de DeepMind para entrenar una red neuronal artificial (ANN), que sirve como el cerebro virtual, utilizando la poderosa técnica de aprendizaje automático aprendizaje por refuerzo profundo.

La red neuronal se entrenó para utilizar modelos de dinámica inversa, que se cree que son utilizados por nuestros cerebros para guiar el movimiento. Estos modelos permiten al cerebro calcular la trayectoria necesaria y traducirla en comandos motores para lograr un movimiento deseado, como alcanzar una taza de café. La red neuronal de la rata virtual aprendió a generar las fuerzas necesarias para producir una amplia gama de comportamientos, incluidos aquellos que no se entrenaron explícitamente, utilizando trayectorias de referencia derivadas de datos de ratas reales.

Como señaló Ölveczky, “DeepMind había desarrollado una plataforma para entrenar agentes biomecánicos para moverse en entornos complejos. Simplemente no teníamos los recursos para ejecutar simulaciones como esas, para entrenar estas redes”. La colaboración fue “fantástica”, agregó, enfatizando el papel crucial que desempeñaron los científicos de DeepMind en la realización de este avance.

El resultado es un cerebro virtual capaz de controlar un modelo de rata 3D biomecánicamente realista dentro de un simulador de física sofisticado, imitando de cerca los movimientos de una rata real.

Aplicaciones potenciales

La rata virtual con su cerebro artificial presenta un enfoque novedoso para investigar los circuitos neuronales responsables de comportamientos complejos. Al estudiar cómo el cerebro generado por IA controla los movimientos de la rata virtual, los neurocientíficos pueden obtener valiosas ideas sobre el funcionamiento intrincado de los cerebros reales.

Este avance también podría allanar el camino para la ingeniería de sistemas de control robótico más avanzados. Como sugiere Ölveczky, “Mientras que nuestro laboratorio se interesa por preguntas fundamentales sobre cómo funciona el cerebro, la plataforma podría usarse, por ejemplo, para ingenierizar mejores sistemas de control robótico”. Al entender cómo el cerebro virtual genera comportamientos complejos, los investigadores pueden desarrollar robots más sofisticados y adaptables.

Quizás lo más emocionante es que esta investigación puede permitir un nuevo campo de “neurociencia virtual”, donde los animales simulados por IA sirven como modelos convenientes y completamente transparentes para estudiar el cerebro, incluso en estados de enfermedad. Estas simulaciones podrían proporcionar una ventana sin precedentes a los mecanismos neuronales detrás de diversas afecciones neurológicas, lo que podría llevar a nuevas estrategias de tratamiento.

Próximo paso: más autonomía para la rata virtual

Basándose en este trabajo innovador, los investigadores planean dar a la rata virtual más autonomía para resolver tareas similares a las que enfrentan las ratas reales. Como explica Ölveczky, “De nuestros experimentos, tenemos muchas ideas sobre cómo se resuelven estas tareas y cómo se implementan los algoritmos de aprendizaje que subyacen a la adquisición de comportamientos habilidosos”.

Al otorgar a la rata virtual más independencia, los científicos pueden probar sus teorías sobre los algoritmos de aprendizaje que permiten la adquisición de nuevas habilidades. Esto podría proporcionar valiosas ideas sobre cómo los cerebros reales aprenden y se adaptan a nuevos desafíos.

En última instancia, el objetivo es avanzar en la comprensión de cómo los cerebros reales generan comportamientos complejos. “Queremos comenzar a utilizar a las ratas virtuales para probar estas ideas y ayudar a avanzar en nuestra comprensión de cómo los cerebros reales generan comportamientos complejos”, afirma Ölveczky. Al continuar perfeccionando y expandiendo este enfoque innovador, los neurocientíficos y los investigadores de IA pueden trabajar juntos para desentrañar los misterios del cerebro y crear sistemas más inteligentes y adaptables.