ハーバード大学の神経科学者とGoogle DeepMindがバーチャルラットの人工脳を作成

印象的なコラボレーションにおいて、ハーバード大学の研究者は、バーチャルラットのための人工脳を作成するためにGoogle DeepMindの科学者と協力しました。Natureに掲載されたこの革新的なブレークスルーは、先進的なAIシミュレーションテクニックを使用して、脳が複雑な動きを制御する方法を研究する新しい扉を開きます。

バーチャルラットの脳の構築

バーチャルラットの脳を構築するために、研究チームは実際のラットから記録された高解像度データを利用しました。ハーバードの研究者は、ディープマインドチームと密接に協力して、バイオメカニクス的にリアルなラットのデジタルモデルを構築しました。大学院生のDiego Aldarondoは、ディープマインドの研究者と協力して、人工ニューラルネットワーク（ANN）を訓練しました。これは、バーチャル脳として機能し、強力な機械学習テクニックであるディープリインフォースメントラーニングを使用しました。

ニューラルネットワークは、逆力学モデルを使用するように訓練されました。これは、動きを導くために私たちの脳が使用するものと考えられています。これらのモデルは、脳が必要な軌道を計算し、それをコーヒーカップに手を伸ばすなどの望ましい動きを実現するためのモーター命令に翻訳することを可能にします。バーチャルラットのニューラルネットワークは、実際のラットデータから導かれた参照軌道を使用して、明示的に訓練されていない幅広い動作を生成するために必要な力を学習しました。

Ölveczkyによると、「ディープマインドは、複雑な環境を移動するバイオメカニクスエージェントを訓練するパイプラインを開発しました。私たちはそうしたシミュレーションを実行するリソースを持っていませんでした、これらのネットワークを訓練するために。」このコラボレーションは「素晴らしい」ものだったと彼は付け加え、ディープマインドの科学者がこのブレークスルーを実現する上で果たした重要な役割を強調しました。

結果は、洗練された物理シミュレーター内でバイオメカニクス的にリアルな3Dラットモデルを制御できるバーチャル脳です。これは、実際の齧歯類の動きを密接に模倣しています。

潜在的な応用

バーチャルラットとその人工脳は、複雑な動作を担当する神経回路を調査するための新しいアプローチを提供します。AIによって生成された脳がバーチャルラットの動きを制御する方法を研究することで、神経科学者は実際の脳の複雑な動作に関する貴重な洞察を得ることができます。

このブレークスルーは、さらに高度なロボット制御システムの開発への道を開く可能性もあります。Ölveczkyは「私たちの研究室は、脳の基本的な機能に関する疑問に興味があるが、このプラットフォームは、たとえば、より優れたロボット制御システムを設計するために使用できる」と提案しています。バーチャル脳が複雑な動作を生成する方法を理解することで、研究者はより洗練された適応性の高いロボットを開発できる可能性があります。

おそらく最も興味深いのは、この研究が「バーチャル神経科学」の新しい分野を可能にするかもしれないことです。ここで、AIシミュレーテッド動物は、脳を研究するための便利で完全に透明なモデルとして機能します。これらのシミュレーションは、さまざまな神経学的状態の背後にある神経メカニズムに関する前例のないウィンドウを提供し、潜在的に新しい治療戦略の開発につながる可能性があります。

次のステップ：バーチャルラットの自律性の向上

この画期的な研究を基にして、研究者はバーチャルラットに、実際のラットが直面するタスクに似たタスクを解決するためのより多くの自律性を与えることを計画しています。Ölveczkyは「私たちの実験から、こうしたタスクがどのように解決されるか、また、熟練した動作の取得に伴う学習アルゴリズムがどのように実装されるかについて、多くのアイデアを持っています」と説明しています。

バーチャルラットにより多くの自立性を与えることで、科学者は、新しいスキルの習得を可能にする学習アルゴリズムに関する彼らの理論をテストできます。これは、実際の脳がどのように学び、新しい課題に適応するかについて、貴重な洞察を提供する可能性があります。

最終的な目標は、実際の脳が複雑な動作を生成する方法を理解することを進めることです。Ölveczkyは「私たちは、これらのアイデアをテストし、実際の脳が複雑な動作を生成する方法を理解することを助けるために、バーチャルラットを使用したい」と述べています。この革新的なアプローチを継続的に改良し、拡張することで、神経科学者とAIの研究者は協力して脳の謎を解き、より賢く適応性の高いシステムを作成することができます。