Нейробиологи Гарварда и Google DeepMind создали искусственный мозг в виртуальной крысе

В результате впечатляющего сотрудничества исследователи Гарвардского университета объединились с учеными Google DeepMind, чтобы создать искусственный мозг для виртуальной крысы. Опубликованная в Nature, эта инновационная прорыв открывает новые двери в изучении того, как мозг контролирует сложные движения с помощью передовых техник имитации ИИ.

Создание виртуального мозга крысы

Чтобы построить виртуальный мозг крысы, исследовательская группа использовала высокоразрешающие данные, записанные с реальных крыс. Исследователи Гарварда работали в тесном сотрудничестве с командой DeepMind, чтобы создать биомеханически реалистичную цифровую модель крысы. Аспирант Диего Альдарондо сотрудничал с исследователями DeepMind, чтобы обучить искусственную нейронную сеть (ANN), которая служит виртуальным мозгом, с помощью мощной техники машинного обучения глубокого обучения с подкреплением.

Нейронная сеть была обучена использовать обратные динамические модели, которые, как полагают, используются нашим мозгом для управления движением. Эти модели позволяют мозгу рассчитать необходимую траекторию и перевести ее в двигательные команды для достижения желаемого движения, например, чтобы взять чашку кофе. Виртуальный мозг крысы научился генерировать необходимые силы для производства широкого спектра поведения, включая те, которые не были явно обучены, используя эталонные траектории, полученные из реальных данных крыс.

Как отметил Ölveczky, “DeepMind разработала конвейер для обучения биомеханических агентов двигаться в сложных средах. У нас просто не было ресурсов для запуска таких симуляций, для обучения этих сетей”. Сотрудничество было “фантастическим”, добавил он, подчеркивая решающую роль, сыгранную учеными DeepMind в реализации этого прорыва.

Результатом является виртуальный мозг, способный контролировать биомеханически реалистичную 3D-модель крысы в сложном физическом симуляторе, близко имитируя движения реальной грызуны.

Потенциальные применения

Виртуальная крыса с искусственным мозгом представляет собой новый подход к изучению нейронных цепей, ответственных за сложное поведение. Изучая, как ИИ-генерируемый мозг контролирует движения виртуальной крысы, нейробиологи могут получить ценные знания о сложных механизмах реальных мозгов.

Этот прорыв также может проложить путь для разработки более совершенных систем робототехнического управления. Как предполагает Ölveczky, “Хотя наша лаборатория интересуется фундаментальными вопросами о том, как работает мозг, эта платформа может быть использована, например, для разработки лучших систем робототехнического управления”. Понимая, как виртуальный мозг генерирует сложное поведение, исследователи могут быть в состоянии разработать более совершенные и адаптивные роботов.

Возможно, самое интересное, что это исследование может открыть новую область “виртуальной нейробиологии”, где ИИ-симулированные животные служат удобными и полностью прозрачными моделями для изучения мозга, даже в состоянии заболевания. Эти симуляции могут предоставить беспрецедентное окно в нейронные механизмы, лежащие в основе различных неврологических состояний, потенциально ведущих к новым стратегиям лечения.

Следующий шаг: большая автономность виртуальной крысы

Развивая эту новаторскую работу, исследователи планируют предоставить виртуальной крысе большую автономию для решения задач, аналогичных тем, с которыми сталкиваются реальные крысы. Как объясняет Ölveczky, “Из наших экспериментов у нас есть много идей о том, как такие задачи решаются и как алгоритмы обучения, лежащие в основе приобретения навыков, реализуются”.

Предоставляя виртуальной крысе большую независимость, ученые могут проверить свои теории об алгоритмах обучения, которые позволяют приобретать новые навыки. Это может дать ценные знания о том, как реальные мозги учатся и адаптируются к новым задачам.

В конечном итоге, цель состоит в том, чтобы продвинуть наше понимание того, как реальные мозги генерируют сложное поведение. “Мы хотим начать использовать виртуальных крыс для проверки этих идей и помочь продвинуть наше понимание того, как реальные мозги генерируют сложное поведение”, заявляет Ölveczky. Продолжая совершенствовать и расширять этот инновационный подход, нейробиологи и исследователи ИИ могут работать вместе, чтобы разгадать тайны мозга и создать более интеллектуальные, адаптивные системы.