Scienziati del cervello di Harvard e Google DeepMind creano un cervello artificiale in un ratto virtuale

In una collaborazione impressionante, i ricercatori dell’Università di Harvard hanno unito le forze con gli scienziati di Google DeepMind per creare un cervello artificiale per un ratto virtuale. Pubblicato su Nature, questo innovativo risultato apre nuove porte nello studio di come i cervelli controllano i movimenti complessi utilizzando tecniche di simulazione avanzate dell’intelligenza artificiale.

Costruzione del cervello del ratto virtuale

Per costruire il cervello del ratto virtuale, il team di ricerca ha utilizzato dati ad alta risoluzione registrati da ratti reali. I ricercatori di Harvard hanno lavorato a stretto contatto con il team di DeepMind per creare un modello digitale biomeccanicamente realistico di un ratto. Lo studente di dottorato Diego Aldarondo ha collaborato con i ricercatori di DeepMind per addestrare una rete neurale artificiale (ANN), che funge da cervello virtuale, utilizzando la potente tecnica di apprendimento automatico apprendimento per rinforzo profondo.

La rete neurale è stata addestrata per utilizzare modelli di dinamica inversa, che si ritiene siano impiegati dal nostro cervello per guidare i movimenti. Questi modelli consentono al cervello di calcolare la traiettoria necessaria e di tradurla in comandi motori per raggiungere un movimento desiderato, come ad esempio allungare la mano per prendere una tazza di caffè. La rete neurale del ratto virtuale ha imparato a generare le forze necessarie per produrre una vasta gamma di comportamenti, compresi quelli non esplicitamente addestrati, utilizzando traiettorie di riferimento derivate da dati di ratti reali.

Come ha notato Ölveczky, “DeepMind aveva sviluppato una pipeline per addestrare agenti biomeccanici a muoversi in ambienti complessi. Noi semplicemente non avevamo le risorse per eseguire simulazioni come quelle, per addestrare queste reti”. La collaborazione è stata “fantastica”, ha aggiunto, sottolineando il ruolo cruciale giocato dagli scienziati di DeepMind nel realizzare questo risultato.

Il risultato è un cervello virtuale in grado di controllare un modello di ratto 3D biomeccanicamente realistico all’interno di un simulatore di fisica sofisticato, che imita da vicino i movimenti di un roditore reale.

Applicazioni potenziali

Il ratto virtuale con il suo cervello artificiale presenta un approccio innovativo per studiare i circuiti neurali responsabili dei comportamenti complessi. Studiando come il cervello generato dall’intelligenza artificiale controlla i movimenti del ratto virtuale, i neuroscienziati possono ottenere preziose informazioni sui meccanismi intricati dei cervelli reali.

Questo risultato potrebbe anche aprire la strada per progettare sistemi di controllo robotico più avanzati. Come suggerisce Ölveczky, “Mentre il nostro laboratorio è interessato a questioni fondamentali su come funziona il cervello, la piattaforma potrebbe essere utilizzata, ad esempio, per progettare sistemi di controllo robotico migliori”. Comprendendo come il cervello virtuale generi comportamenti complessi, i ricercatori potrebbero essere in grado di sviluppare robot più sofisticati e adattabili.

Forse più emozionante, questa ricerca potrebbe consentire l’avvio di un nuovo campo di “neuroscienza virtuale”, in cui animali simulati dall’intelligenza artificiale servono come modelli comodi e completamente trasparenti per studiare il cervello, anche in stati di malattia. Queste simulazioni potrebbero fornire una finestra senza precedenti sui meccanismi neurali alla base di vari disturbi neurologici, potenzialmente portando a nuove strategie di trattamento.

Prossimo passo: più autonomia per il ratto virtuale

Sulla base di questo lavoro innovativo, i ricercatori intendono concedere al ratto virtuale più autonomia per risolvere compiti simili a quelli incontrati dai ratti reali. Come spiega Ölveczky, “Dai nostri esperimenti, abbiamo molte idee su come vengono risolti tali compiti e su come vengono implementati gli algoritmi di apprendimento che sottostanno all’acquisizione di comportamenti abili”.

Concedendo al ratto virtuale più indipendenza, gli scienziati possono testare le loro teorie sugli algoritmi di apprendimento che consentono l’acquisizione di nuove abilità. Ciò potrebbe fornire informazioni preziose su come i cervelli reali imparano e si adattano a nuove sfide.

In ultima analisi, l’obiettivo è quello di avanzare la nostra comprensione di come i cervelli reali generino comportamenti complessi. “Vogliamo iniziare a utilizzare i ratti virtuali per testare queste idee e aiutare a fare progressi nella nostra comprensione di come i cervelli reali generino comportamenti complessi”, afferma Ölveczky. Continuando a perfezionare e ampliare questo approccio innovativo, i neuroscienziati e i ricercatori di intelligenza artificiale possono lavorare insieme per svelare i misteri del cervello e creare sistemi più intelligenti e adattabili.