Гарвардські нейробіологи та Google DeepMind створюють штучний мозок у віртуальній щурі

Уражаюче співробітництво між дослідниками Гарвардського університету та вченими Google DeepMind призвело до створення штучного мозку для віртуальної щурі. Опубліковано в Nature, це інноваційне відкриття відкриває нові двері для вивчення того, як мозок контролює складні рухи за допомогою передових технік симуляції штучного інтелекту.

Створення віртуальної щурині мозку

Для створення мозку віртуальної щурі команда дослідників використала високоякісні дані, записані з реальних щурів. Дослідники Гарварду працювали у тісній співпраці з командою DeepMind для створення біомеханічно реалістичної цифрової моделі щурі. Аспірант Дієго Альдарондо співпрацював з дослідниками DeepMind для навчання штучної нейронної мережі (ANN), яка служить віртуальним мозком, за допомогою потужної техніки машинного навчання глибокого підкріплення.

Нейронна мережа була навчена використовувати зворотні динамічні моделі, які, як вважається, використовуються нашим мозком для керування рухом. Ці моделі дозволяють мозку розрахувати необхідну траєкторію та перетворити її на моторні команди для досягнення бажаного руху, наприклад, для взяття чашки кави. Віртуальна щурина нейронна мережа навчилася генерувати необхідні сили для виробництва широкого спектра поведінки, включаючи ті, які не були явно навченні, за допомогою використання посилання траєкторій, отриманих з реальних даних щурів.

Як зазначив Ölveczky, “DeepMind розробила трубопровід для навчання біомеханічних агентів рухатися навколо складних середовищ. У нас просто не було ресурсів для виконання таких симуляцій, для навчання цих мереж”. Співробітництво було “фантастичним”, він додав, підкресливши важливу роль, яку зіграли вчені DeepMind у реалізації цього прориву.

Результатом є віртуальний мозок, здатний контролювати біомеханічно реалістичну 3D-модель щурі у складному фізичному симуляторі, який дуже точно повторює рухи реальної щурі.

Потенційні застосування

Віртуальна щуря з штучним мозком представляє новий підхід для вивчення нейронних контурів, відповідальних за складні поведінки. Вивчаючи, як штучний мозок контролює рухи віртуальної щурі, нейробіологи можуть отримати цінні знання про складну роботу реальних мозків.

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

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

Наступний крок: більша автономія віртуальної щурі

Розробляючи цю революційну роботу, дослідники планують надати віртуальній щурі більшу автономію для вирішення завдань, подібних до тих, які зустрічаються реальними щурами. Як пояснює Ölveczky, “З наших експериментів у нас є багато ідей про те, як такі завдання вирішуються, і як алгоритми навчання, що лежать в основі придбання умінь, реалізуються”.

Надавши віртуальній щурі більшу незалежність, вчені 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 в тому, щоб просунути наше розуміння того, як реальні мозки генерують складні поведінки. “Ми хочемо почати використовувати віртуальних щурів для перевірки цих ідей та сприяння просунуттю 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, адаптивні системи.