Harvardin neurotieteilijät ja Google DeepMind luovat keinotekoisen aivon virtuaalisirottavalle

Vaikuttavassa yhteistyössä Harvardin yliopiston tutkijat ovat liittoutuneet Google DeepMind -tutkijoiden kanssa luomaan keinotekoisen aivon virtuaalisirottavalle. Nature -julkaisussa julkaistu tämä innovatiivinen läpimurto avaa uusia ovia tutkimalla, miten aivot ohjaavat monimutkaisia liikkeitä edistyneiden tekoälysimulaatiotekniikoiden avulla.

Virtuaalisen rotan aivon rakentaminen

Virtuaalisen rotan aivon rakentamiseksi tutkimusryhmä käytti korkearesoluutioisia tietoja, jotka oli tallennettu oikeista rottista. Harvardin tutkijat työskentelivät läheisesti DeepMind -tiimin kanssa luomaan biomekaanisesti realistista digitaalista rotamallia. Jatko-opiskelija Diego Aldarondo työskenteli DeepMind -tutkijoiden kanssa kouluttaen tekoälyverkkoa (ANN), joka toimii virtuaalisena aivona, voimakkaan koneoppimismenetelmän syvän vahvistusoppimisen avulla.

Neuraaliverkko koulutettiin käyttämään inversiodynaamisia malleja, joita uskotaan olevan aivojen ohjaamia liikkeitä. Nämä mallit mahdollistavat aivojen laskemisen tarvittavan radan ja kääntämisen moottorikäskyiksi saavuttaaksesi halutun liikkeen, kuten kahvikupin nostamisen. Virtuaalisen rotan neuraaliverkko oppi generoimaan tarvittavat voimat tuottaakseen laajan valikoiman käyttäytymisiä, mukaan lukien niitä, joita ei ole nimenomaisesti koulutettu, käyttäen todellisten rotatietojen perusteella johdettuja viiteitrajektorioita.

Ölveczky huomautti, että “DeepMind oli kehittänyt putken kouluttamaan biomekaanisia agenteja 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 voivat ohjata biomekaanisesti realistista 3D-rotamallia edistyneessä fysiikkasimulaattorissa, joka jäljittelee läheisesti oikean jyrsijän liikkeitä.

Mahdolliset sovellukset

Virtuaalinen rotta keinotekoisine aivoineen esittää uuden lähestymistavan tutkimiseen hermosolmukeita, jotka ovat vastuussa monimutkaisista käyttäytymisistä. Tutkimalla, miten tekoälygeneroitu aivot ohjaavat virtuaalisen rotan liikkeitä, neurotieteilijät voivat saada arvokkaita oivalluksia aivojen monimutkaisten toimintamekanismien toiminnasta.

Tämä läpimurto voi myös avata tien kehittäämmäksi robotti-ohjausjärjestelmille. Ölveczky ehdottaa, että “Vaikka laboratoriossamme on kiinnostusta perustutkimukseen siitä, miten aivot toimivat, alusta voidaan käyttää esimerkiksi kehittämään parempia robotti-ohjausjärjestelmiä.” Ymmärtämällä, miten virtuaalinen aivot generoivat monimutkaisia käyttäytymisiä, tutkijat voivat kehittää monimutkaisempia ja sopeutuvampia roboteja.

Ehkä jännittävimmällä tavalla tämä tutkimus voi mahdollistaa uuden “virtuaalineurotieteen” alan, jossa tekoälysimuloituja eläimiä voidaan käyttää mukavina ja täysin avoimina malleina aivojen tutkimiseen, myös sairastilassa. Nämä simulaatiot voivat tarjota ennenkokemattoman ikkunan hermostollisten mekanismien taakse erilaisissa neurologisissa sairauksissa, mahdollisesti johtaa uusiin hoitokeinoihin.

Seuraava askel: enemmän virtuaalisen rotan autonomiaa

Rakentamalla tämän uraauurtavan työn päälle tutkijat aikovat antaa virtuaaliselle rotalle enemmän autonomiaa ratkaistakseen tehtäviä, joita vastaavat oikeat rotat. Ölveczky selittää, “Kokeistamme meillä on paljon ideoita siitä, miten nämä tehtävät ratkaistaan ja miten oppimisalgoritmit, jotka mahdollistavat taitavien käyttäytymisten hankkimisen, toteutetaan.”

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

Lopulta tavoitteena on edistää ymmärrystämme siitä, miten aivot tuottavat monimutkaisia käyttäytymisiä. “Halumme alkaa käyttää virtuaalisia rotteja testaamaan näitä ideoita ja edistämään ymmärrystämme siitä, miten aivot tuottavat monimutkaisia käyttäytymisiä”, Ölveczky toteaa. Jatkamalla tämän innovatiivisen lähestymistavan jalostamista ja laajentamista, neurotieteilijät ja tekoälytutkijat voivat yhdessä työskennellä aivojen arvoitusten ratkaisemiseksi ja luoda älykkäämpiä, sopeutuvampia järjestelmiä.