Harvardin neurotieteilijät ja Google DeepMind luovat keinotekoisia aivoja virtuaalisessa rotassa

Vaikuttavassa yhteistyössä Harvardin yliopiston tutkijat ovat yhdistäneet voimansa Google DeepMind -tutkijoiden kanssa luodakseen keinotekoiset aivot virtuaaliselle rotalle. Julkaistu luonto, Tämä innovatiivinen läpimurto avaa uusia ovia tutkiessa, kuinka aivot hallitsevat monimutkaisia ​​liikkeitä edistyneillä tekoälysimulaatiotekniikoilla.

Virtuaalisen rotan aivojen rakentaminen

Virtuaalirotan aivojen rakentamiseen tutkimusryhmä käytti todellisista rotista tallennettuja korkearesoluutioisia tietoja. Harvardin tutkijat työskentelivät tiiviisti DeepMind-ryhmän kanssa biomekaanisesti realistisen rotan digitaalisen mallin rakentamiseksi. Jatko-opiskelija Diego Aldarondo teki yhteistyötä DeepMind-tutkijoiden kanssa kouluttaakseen keinotekoinen hermoverkko (ANN), joka toimii virtuaaliaivoina tehokkaan koneoppimistekniikan avulla syvävahvistusoppiminen.

Neuraaliverkko on koulutettu käyttämään käänteisiä dynamiikkamalleja, joita aivomme uskotaan käyttävän liikkeen ohjaamiseen. Näiden mallien avulla aivot voivat laskea tarvittavan liikeradan ja muuntaa sen motorisiksi käskyiksi halutun liikkeen saavuttamiseksi, kuten kahvikupillisen saavuttamiseksi. Virtuaalirotan hermoverkko oppi generoimaan tarvittavat voimat monenlaisten käyttäytymismallien tuottamiseksi, mukaan lukien sellaiset, joita ei ole nimenomaisesti koulutettu, käyttämällä todellisista rotan tiedoista johdettuja vertailuratoja.

Kuten Ölveczky totesi, "DeepMind oli kehittänyt putken biomekaanisten aineiden kouluttamiseksi liikkumaan monimutkaisissa ympäristöissä. Meillä ei yksinkertaisesti ollut resursseja ajaa tällaisia ​​simulaatioita, kouluttaa näitä verkkoja. Yhteistyö oli "fantastista", hän lisäsi ja korosti DeepMindin tutkijoiden ratkaisevaa roolia tämän läpimurron toteuttamisessa.

Tuloksena on virtuaaliset aivot, jotka pystyvät ohjaamaan biomekaanisesti realistista 3D-rottamallia hienostuneessa fysiikan simulaattorissa, joka jäljittelee tarkasti todellisen jyrsijän liikkeitä.

Mahdolliset sovellukset

Virtuaalinen rotta keinotekoisine aivoineen esittelee uudenlaisen lähestymistavan monimutkaisista käyttäytymismalleista vastuussa olevien hermopiirien tutkimiseen. Tutkimalla, kuinka tekoälyn luomat aivot ohjaavat virtuaalisen rotan liikkeitä, neurotieteilijät voivat saada arvokkaita näkemyksiä todellisten aivojen monimutkaisesta toiminnasta.

Tämä läpimurto voisi myös tasoittaa tietä kehittyneempien robottiohjausjärjestelmien suunnittelulle. Ölveczky ehdottaa: "Vaikka laboratoriomme on kiinnostunut aivojen toimintaa koskevista peruskysymyksistä, alustaa voitaisiin käyttää yhtenä esimerkkinä parempien robottien ohjausjärjestelmien suunnitteluun." Ymmärtämällä, kuinka virtuaaliset aivot luovat monimutkaisia ​​​​käyttäytymismalleja, tutkijat voivat pystyä kehittämään kehittyneempiä ja mukautuvaisempia robotteja.

Ehkä jännittävintä on, että tämä tutkimus voi mahdollistaa uuden "virtuaalisen neurotieteen" alan, jossa tekoälyä simuloidut eläimet toimivat kätevinä ja täysin läpinäkyvinä malleina aivojen tutkimiseen jopa sairaustiloissa. Nämä simulaatiot voisivat tarjota ennennäkemättömän ikkunan eri neurologisten tilojen taustalla oleviin hermomekanismeihin, mikä saattaa johtaa uusiin hoitostrategioihin.

Seuraava vaihe: Lisää virtuaalisen rotan autonomiaa

Tämän uraauurtavan työn pohjalta tutkijat aikovat antaa virtuaaliselle rotalle enemmän autonomiaa ratkaista tehtäviä, jotka ovat samankaltaisia ​​kuin todelliset rotat kohtaavat. Ölveczky selittää: "Kokeilujemme perusteella meillä on paljon ideoita siitä, kuinka tällaiset tehtävät ratkaistaan ​​ja kuinka ammattitaitoisen käyttäytymisen perustana olevia oppimisalgoritmeja toteutetaan."

Antamalla virtuaaliselle rotalle enemmän itsenäisyyttä tutkijat voivat testata teorioitaan oppimisalgoritmeista, jotka mahdollistavat uusien taitojen hankkimisen. Tämä voisi tarjota arvokkaita näkemyksiä siitä, kuinka todelliset aivot oppivat ja mukautuvat uusiin haasteisiin.

Viime kädessä tavoitteena on edistää ymmärrystämme siitä, kuinka todelliset aivot luovat monimutkaista käyttäytymistä. "Haluamme alkaa käyttää virtuaalirottia näiden ideoiden testaamiseen ja edistääksemme ymmärrystämme siitä, kuinka todelliset aivot luovat monimutkaista käyttäytymistä", Ölveczky toteaa. Jatkamalla tämän innovatiivisen lähestymistavan hiomista ja laajentamista neurotieteilijät ja tekoälytutkijat voivat työskennellä yhdessä selvittääkseen aivojen mysteerit ja luodakseen älykkäämpiä, mukautuvampia järjestelmiä.