Harvardin neurotieteilijät ja Google DeepMind luovat tekoälyn aivot virtuaalisiille rotille

Vaikuttavassa yhteistyössä Harvardin yliopiston tutkijat ovat liittoutuneet Google DeepMind -tutkijoiden kanssa luomaan tekoälyaivot virtuaalisiille rotille. Nature -julkaisussa esitetty tämä innovatiivinen läpimurto avaa uusia ovia tutkimaan, miten aivot ohjaavat monimutkaisia liikkeitä edistyneiden tekoälysimulaatiotekniikoiden avulla.

Virtuaalisen rotan aivojen rakentaminen

Rakentamaan virtuaalisen rotan aivot tutkimusryhmä käytti korkearesoluutioista dataa, joka on tallennettu oikeista rotilta. Harvardin tutkijat työskentelivät läheisesti DeepMind -tiimin kanssa luomaan biomekaanisesti realistisen digitaalisen rotamallin. Jatko-opiskelija Diego Aldarondo työskenteli DeepMind -tutkijoiden kanssa kouluttamaan tekoälyverkkoa (ANN), joka toimii virtuaalisina aivoina, voimakkaan koneoppimismenetelmän syvän vahvistusoppimisen avulla.

Hermoverkko koulutettiin käyttämään käänteisiä dynamiikka-malleja, joita uskotaan olevan aivojen ohjaamia liikkeen opastamiseksi. Nämä mallit mahdollistavat aivojen laskemisen tarvittavaa reittiä ja kääntämisen moottorikäskyiksi saavuttaaksesi halutun liikkeen, kuten esimerkiksi kahvikupin ottamisen. Virtuaalisen rotan hermoverkko oppi luomaan tarvittavat voimat tuottamaan laajan valikoiman käyttäytymismalleja, myös niitä, joita ei ole nimenomaisesti koulutettu, käyttäen oikeiden rotien datan perusteella johdettuja viite-reittejä.

Ölveczky huomautti, että “DeepMind oli kehittänyt putken biomekaanisten agenttien kouluttamiseksi liikkumaan monimutkaisissa ympäristöissä. Meillä ei ollut resursseja ajaa simulaatioita, kouluttaa näitä verkkoja.” Yhteistyö oli “fantastinen”, hän lisäsi korostamalla DeepMind -tutkijoiden roolia tämän läpimurron saavuttamisessa.

Tuloksena on virtuaalinen aivot, jotka pystyvät ohjaamaan biomekaanisesti realistista 3D-rotamallia sofistikoituneessa fysiikkasimulaattorissa, joka jäljittelee läheisesti oikean jyrsijän liikkeitä.

Mahdolliset sovellukset

Virtuaalinen rotta tekoälyaivoineen esittää uuden lähestymistavan tutkia hermosoluverkkoja, jotka ovat vastuussa monimutkaisista käyttäytymisistä. Tutkimalla, miten tekoälygeneroitu aivot ohjaavat virtuaalisen rotan liikkeitä, neurotieteilijät voivat saada arvokkaita näkemyksiä aivojen monimutkaisten toimien tutkimiseksi.

Tämä läpimurto voi myös avaata tien kehittää edistyneempiä robotti-ohjausjärjestelmiä. Ölveczky ehdottaa, että “Vaikka laboratorio on kiinnostunut perustutkimuksesta aivojen toiminnasta, alustaa voidaan käyttää esimerkiksi kehittämään parempia robotti-ohjausjärjestelmiä.” Ymmärtämällä, miten virtuaalinen aivot generoivat monimutkaisia käyttäytymisiä, tutkijat voivat kehittää monimutkaisempia ja sopeutuvampia roboteja.

Ehkä jännittävimpänä tämä tutkimus voi mahdollistaa uuden “virtuaalineurotiede”-alan, jossa tekoälysimuloituja eläimiä voidaan käyttää mukavina ja täysin avoimina malleina aivojen tutkimiseen, myös sairastuneissa tiloissa. Nämä simulaatiot voivat tarjota ennenkokemattoman ikkunan hermostollisiin mekanismeihin, jotka liittyvät eri neurologisiin sairauksiin, mahdollisesti johtaa uusiin hoitokeinoihin.

Seuraava askel: enemmän virtuaalisen rotan autonomiaa

Rakentamalla tämän uraauurtavan työn päälle tutkijat aikovat antaa virtuaaliselle rotille enemmän autonomiaa ratkaista tehtäviä, jotka ovat samanlaisia kuin ne, joita oikeat rotat kohtaavat. Ölveczky selittää, että “Kokeistamme meillä on paljon ideoita siitä, miten nämä tehtävät ratkaistaan ja miten oppimisalgoritmit, jotka liittyvät taitojen hankkimiseen, toteutetaan.”

Antamalla virtuaaliselle rotille enemmän itsenäisyyttä, tutkijat voivat testata teorioitaan oppimisalgoritmeista, jotka mahdollistavat uusien taitojen hankkimisen. Tämä voi tarjota arvokkaita näkemyksiä siitä, miten aivot oppivat ja sopeutuvat uusiin haasteisiin.

Lopulta tavoitteena on edistää ymmärrystämme siitä, miten aivot generoivat monimutkaisia käyttäytymisiä. “Haluumme alkaa käyttää virtuaalisiä rottia testaamaan näitä ideoita ja edistämään ymmärrystämme siitä, miten aivot generoivat monimutkaisia käyttäytymisiä”, Ölveczky toteaa. Jatkamalla tämän innovatiivisen lähestymistavan kehittämistä, neurotieteilijät ja tekoälytutkijat voivat yhdessä selvittää aivojen arvoitukset ja luoda älykkäämpiä, sopeutuvampia järjestelmiä.