Гарвардские нейробиологи и Google DeepMind создали искусственный мозг для виртуальной крысы

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 методов симуляции ИИ.

Создание виртуального мозга крысы

Чтобы построить виртуальный мозг крысы, команда исследователей использовала высокоразрешающие данные, записанные с реальных крыс. Гарвардские исследователи 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 (ИНС), которая служит виртуальным мозгом, используя мощный метод машинного обучения глубокое обучение с подкреплением.

Нейронная сеть была обучена использовать модели обратной динамики, 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, чтобы запускать такие симуляции, чтобы обучать эти сети”. Сотрудничество было “фантастическим”, добавил он, подчеркивая решающую роль, которую сыграли ученые DeepMind в достижении этого прорыва.

Результатом является виртуальный мозг, способный контролировать биомеханически реалистичную 3D-модель крысы в сложном физическом симуляторе, который тесно имитирует движения реальной крысы.

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 тонких 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 более совершенных систем робототехнического управления”. Понимая, как виртуальный мозг генерирует сложное поведение, исследователи могут быть в состоянии разработать более совершенные и адаптивные роботы.

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 заболеваний. Эти симуляции могут предоставить беспрецедентное окно в нейронные механизмы, лежащие в основе различных неврологических состояний, что потенциально может привести к новым стратегиям лечения.

Следующий шаг: большая автономность виртуальной крысы

Развивая это новаторское исследование, ученые планируют дать виртуальной крысе большую автономию для решения задач, подобных 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 продвижения нашего понимания того, как реальные мозги генерируют сложное поведение”, заявляет Ölveczky. Продолжая совершенствовать и расширять этот инновационный подход, нейробиологи и исследователи ИИ могут работать вместе, чтобы распутать тайны мозга и создать более интеллектуальные, адаптивные системы.