Нейробіологи Гарварду та Google DeepMind створили штучний мозок у віртуальної щурки

У рамках вражаючої співпраці дослідники Гарвардського університету приєдналися до науковців Google DeepMind, щоб створити штучний мозок для віртуальної щурки. Опубліковано в Nature, цей інноваційний прорив відкриває нові двері для вивчення того, як мозок контролює складні рухи за допомогою передових технік симуляції штучного інтелекту.

Створення віртуальної щурячої голови

Для створення віртуальної щурячої голови дослідницька команда використала високоякісні дані, записані з реальних щурок. Дослідники Гарварду працювали у тісній співпраці з командою DeepMind, щоб створити біомеханічно реалістичну цифрову модель щурки. Аспірант Дієго Альдарондо співпрацював з дослідниками DeepMind, щоб тренувати штучну нейронну мережу (ANN), яка слугує віртуальним мозком, за допомогою потужної техніки машинного навчання глибокого підкріплення.

Нейронна мережа була тренована для використання інверсних динамічних моделей, які, як вважається, використовуються нашим мозком для керування рухами. Ці моделі дозволяють мозкові розрахувати необхідну траєкторію та перекласти її у моторні команди для досягнення бажаного руху, наприклад, для досягнення чашки кави. Віртуальна щуряча нейронна мережа навчилися генерувати необхідні сили для виробництва широкого спектра поведінки, включаючи ті, які не були явно треновані, за допомогою траєкторій, отриманих з даних реальних щурок.

Як зазначив Ölveczky, “DeepMind розробили трубопровід для тренування біомеханічних агентів рухатися у складних середовищах. У нас просто не було ресурсів для виконання таких симуляцій, для тренування цих мереж.” Співпраця була “фантастичною”, додав він, підкресливши важливу роль, яку зіграли науковці DeepMind у реалізації цього прориву.

Результатом є віртуальний мозок, здатний керувати біомеханічно реалістичною 3D-моделлю щурки у складному фізичному симуляторі, який дуже точно імітує рухи реальної щурки.

Потенційні застосування

Віртуальна щурка з її штучним мозком представляє новий підхід для вивчення нейронних контурів, відповідальних за складні поведінки. Вивчаючи, як штучно створений мозок контролює рухи віртуальної щурки, нейробіологи можуть отримати цінні знання про складні механізми реального мозку.

Цей прорив також може відкрити шлях для розробки більш просунутих систем керування роботами. Як припускає Ölveczky, “Хоча наша лабораторія цікавиться фундаментальними питаннями про те, як працює мозок, ця платформа може бути використана, наприклад, для розробки кращих систем керування роботами.” Поняття, як віртуальний мозок генерує складні поведінки, дослідники можуть розробити більш просунуті та адаптивні роботи.

Можливо, найцікавіше, що це дослідження може дозволити створити нову галузь “віртуальної нейробіології”, де штучно створені тварини служать зручними та повністю прозорими моделями для вивчення мозку, навіть у хворобливих станах. Ці симуляції можуть надати безпрецедентне вікно у нейронні механізми різних неврологічних станів, потенційно ведучи до нових стратегій лікування.

Наступний крок: більша автономія віртуальної щурки

Розробляючи цю революційну роботу, дослідники планують надати віртуальній щурці більшу автономію для розв’язання завдань, подібних до тих, які зустрічаються у реальних щурок. Як пояснює Ölveczky, “З наших експериментів у нас є багато ідей про те, як розв’язуються такі завдання, і як алгоритми навчання, що лежать в основі придбання кваліфікованих поведінок, реалізуються.”

Надавши віртуальній щурці більшу незалежність, науковці можуть перевірити свої теорії про алгоритми навчання, які дозволяють придбати нові навички. Це може надати цінні знання про те, як реальні мозки вчаться та адаптуються до нових викликів.

У кінцевому підсумку, мета полягає у просуванні нашого розуміння того, як реальні мозки генерують складні поведінки. “Ми хочемо почати використовувати віртуальних щурок для перевірки цих ідей та сприяння просуванню нашого розуміння того, як реальні мозки генерують складні поведінки”, заявляє Ölveczky. Продовжуючи удосконалювати та розширювати цей інноваційний підхід, нейробіологи та дослідники штучного інтелекту можуть працювати разом, щоб розгадати таємниці мозку та створити більш інтелектуальні та адаптивні системи.