哈佛神经科学家和谷歌DeepMind创建虚拟大鼠的人工脑

在一次令人印象深刻的合作中，哈佛大学的研究人员与谷歌DeepMind的科学家联合起来，创建了一个虚拟大鼠的人工脑。该创新性突破在《自然》杂志上发表，开启了研究大脑如何控制复杂运动的新途径，使用先进的AI模拟技术。

构建虚拟大鼠脑

为了构建虚拟大鼠的脑，研究团队利用了来自真实大鼠的高分辨率数据。哈佛研究人员与DeepMind团队密切合作，建立了一个生物力学上真实的数字大鼠模型。研究生Diego Aldarondo与DeepMind研究人员合作，使用强大的机器学习技术——深度强化学习，训练了一个人工神经网络（ANN），它作为虚拟大鼠的脑。

神经网络被训练使用逆向动力学模型，这些模型被认为是大脑用于指导运动的。这些模型使大脑能够计算出必要的轨迹，并将其转化为达到所需运动的运动命令，例如伸手拿一杯咖啡。虚拟大鼠的神经网络通过使用来自真实大鼠数据的参考轨迹，学会了生成广泛行为所需的力量，包括那些没有明确训练过的行为。

正如Ölveczky所指出的，“DeepMind已经开发了一条管道来训练生物力学代理在复杂环境中移动。我们只是没有足够的资源来运行这样的模拟，来训练这些网络。”他补充说，这次合作是“绝佳的”，并强调了DeepMind科学家在实现这一突破中的关键作用。

结果是一个能够控制生物力学上真实的3D大鼠模型的虚拟脑，位于一个复杂的物理模拟器中，模拟了真实啮齿动物的运动。

潜在应用

具有人工脑的虚拟大鼠呈现了一种新的方法来研究负责复杂行为的神经回路。通过研究AI生成的脑如何控制虚拟大鼠的运动，神经科学家可以深入了解真实大脑的复杂工作原理。

这一突破也可能为开发更先进的机器人控制系统铺平道路。正如Ölveczky所建议的，“虽然我们的实验室对基本问题感兴趣，例如大脑如何工作，但该平台可以用来工程更好的机器人控制系统。”通过了解虚拟大鼠的脑如何生成复杂行为，研究人员可能能够开发出更复杂、更适应性的机器人。

也许最令人兴奋的是，这项研究可能会开启“虚拟神经科学”的新领域，在这里AI模拟的动物作为研究大脑的方便、完全透明的模型，甚至可以研究疾病状态。这些模拟可能会为神经机制提供一个前所未有的窗口，可能会带来新的治疗策略。

下一步：虚拟大鼠的更多自主性

在这一开创性工作的基础上，研究人员计划赋予虚拟大鼠更多的自主性来解决类似于真实大鼠遇到的任务。正如Ölveczky所解释的，“从我们的实验中，我们有很多关于如何解决这些任务的想法，以及如何实现学习算法来获取熟练的行为。”

通过赋予虚拟大鼠更多的独立性，科学家可以测试他们关于学习算法的理论，这些算法使得获取新技能成为可能。这可能会为真实大脑如何学习和适应新挑战提供有价值的见解。

最终的目标是推进我们对真实大脑如何生成复杂行为的理解。“我们希望开始使用虚拟大鼠来测试这些想法，并帮助推进我们对真实大脑如何生成复杂行为的理解，”Ölveczky说。通过继续完善和扩展这一创新方法，神经科学家和AI研究人员可以共同努力，解开大脑的奥秘，创造更智能、更适应性的系统。