Les neuroscientifiques de Harvard et Google DeepMind créent un cerveau artificiel dans un rat virtuel

Dans une collaboration impressionnante, les chercheurs de l’Université de Harvard ont rejoint les forces avec les scientifiques de Google DeepMind pour créer un cerveau artificiel pour un rat virtuel. Publié dans Nature, cette avancée innovante ouvre de nouvelles portes dans l’étude de la façon dont les cerveaux contrôlent les mouvements complexes en utilisant des techniques de simulation avancées d’IA.

Construction du cerveau du rat virtuel

Pour construire le cerveau du rat virtuel, l’équipe de recherche a utilisé des données haute résolution enregistrées à partir de rats réels. Les chercheurs de Harvard ont travaillé en étroite collaboration avec l’équipe de DeepMind pour créer un modèle numérique réaliste du point de vue biomécanique d’un rat. L’étudiant diplômé Diego Aldarondo a collaboré avec les chercheurs de DeepMind pour former un réseau neuronal artificiel (ANN), qui sert de cerveau virtuel, en utilisant la puissante technique d’apprentissage automatique d’apprentissage par renforcement profond.

Le réseau neuronal a été formé pour utiliser des modèles de dynamique inverse, qui sont censés être utilisés par notre cerveau pour guider les mouvements. Ces modèles permettent au cerveau de calculer la trajectoire nécessaire et de la traduire en commandes motrices pour atteindre un mouvement désiré, comme tendre la main pour prendre une tasse de café. Le réseau neuronal du rat virtuel a appris à générer les forces requises pour produire une large gamme de comportements, y compris ceux qui n’ont pas été explicitement formés, en utilisant des trajectoires de référence dérivées de données réelles de rats.

Comme l’a noté Ölveczky, “DeepMind avait développé un pipeline pour former des agents biomécaniques à se déplacer dans des environnements complexes. Nous n’avions simplement pas les ressources pour exécuter des simulations comme celles-ci, pour former ces réseaux.” La collaboration a été “fantastique”, a-t-il ajouté, en soulignant le rôle crucial joué par les scientifiques de DeepMind dans la réalisation de cette avancée.

Le résultat est un cerveau virtuel capable de contrôler un modèle 3D de rat réaliste du point de vue biomécanique dans un simulateur de physique sophistiqué, imitant de près les mouvements d’un rongeur réel.

Applications potentielles

Le rat virtuel avec son cerveau artificiel présente une nouvelle approche pour sonder les circuits neuronaux responsables de comportements complexes. En étudiant la façon dont le cerveau généré par l’IA contrôle les mouvements du rat virtuel, les neuroscientifiques peuvent acquérir des connaissances précieuses sur les mécanismes complexes du fonctionnement réel des cerveaux.

Cette avancée pourrait également ouvrir la voie à l’ingénierie de systèmes de contrôle robotique plus avancés. Comme le suggère Ölveczky, “Alors que notre laboratoire s’intéresse à des questions fondamentales sur le fonctionnement du cerveau, la plate-forme pourrait être utilisée, par exemple, pour ingénier des systèmes de contrôle robotique plus performants.” En comprenant comment le cerveau virtuel génère des comportements complexes, les chercheurs pourraient être en mesure de développer des robots plus sophistiqués et adaptatifs.

Peut-être de manière la plus excitante, cette recherche peut permettre l’émergence d’un nouveau domaine de “neuroscience virtuelle”, où les animaux simulés par l’IA servent de modèles pratiques et entièrement transparents pour étudier le cerveau, même dans des états de maladie. Ces simulations pourraient offrir une fenêtre sans précédent sur les mécanismes neuronaux derrière diverses affections neurologiques, pouvant potentiellement conduire à de nouvelles stratégies de traitement.

Étape suivante : plus d’autonomie pour le rat virtuel

En s’appuyant sur ce travail innovant, les chercheurs prévoient de donner au rat virtuel plus d’autonomie pour résoudre des tâches similaires à celles rencontrées par les rats réels. Comme l’explique Ölveczky, “À partir de nos expériences, nous avons beaucoup d’idées sur la façon dont de telles tâches sont résolues, et sur la façon dont les algorithmes d’apprentissage qui sous-tendent l’acquisition de comportements habiles sont mis en œuvre.”

En accordant au rat virtuel plus d’indépendance, les scientifiques peuvent tester leurs théories sur les algorithmes d’apprentissage qui permettent l’acquisition de nouvelles compétences. Cela pourrait fournir des connaissances précieuses sur la façon dont les cerveaux réels apprennent et s’adaptent à de nouveaux défis.

En fin de compte, l’objectif est de faire progresser notre compréhension de la façon dont les cerveaux réels génèrent des comportements complexes. “Nous voulons commencer à utiliser les rats virtuels pour tester ces idées et aider à faire progresser notre compréhension de la façon dont les cerveaux réels génèrent des comportements complexes”, déclare Ölveczky. En continuant à affiner et à élargir cette approche innovante, les neuroscientifiques et les chercheurs en IA peuvent travailler ensemble pour dévoiler les mystères du cerveau et créer des systèmes plus intelligents et plus adaptables.