La agilidad con la que se mueven los humanos y los animales es un milagro evolutivo que ningún robot ha podido replicar de cerca hasta ahora. Para ayudar a investigar el misterio de cómo el cerebro controla el movimiento, los neurocientíficos de Harvard han creado una rata virtual con un cerebro artificial que puede moverse como una rata real.
Bence Ölveczky, profesor del Departamento de Biología Organísmica y Evolutiva, dirigió un grupo de investigadores que trabajaron con científicos del DeepMind AI Lab de Google para crear un modelo digital biomecánicamente realista de un ratón. Utilizando datos de alta resolución grabados de ratones reales, entrenaron una red neuronal artificial, el “cerebro” del ratón virtual, para controlar el cuerpo virtual en un simulador de física llamado MuJoco, donde existen fuerzas de gravedad y otras.
Publicación en naturaleza, Los investigadores encontraron que la activación en la red de control virtual predijo con precisión la actividad neuronal medida en los cerebros de ratones reales que produjeron los mismos comportamientos, dijo Olwiczki, quien se especializa en entrenar ratones para aprender comportamientos complejos con el fin de estudiar sus circuitos neuronales. . El logro representa un nuevo enfoque para estudiar cómo el cerebro controla el movimiento, dijo Ölveczky, lo que se suma a los avances en el aprendizaje por refuerzo profundo y la inteligencia artificial, así como el seguimiento del movimiento en 3D en animales que se comportan libremente.
Ölveczky calificó la colaboración como “fantástica”. “DeepMind había desarrollado un sistema para entrenar agentes biomecánicos para navegar en entornos complejos. No teníamos los recursos para ejecutar simulaciones como estas para entrenar estas redes”.
Asimismo, trabajar con los investigadores de Harvard “fue una oportunidad realmente emocionante para nosotros”, dijo Matthew Botwink, coautor y director senior de investigación de Google DeepMind. “Hemos aprendido mucho del desafío de construir agentes encarnados: sistemas de IA que no sólo tienen que pensar de manera inteligente, sino también traducir ese pensamiento en acción física en un entorno complejo. Funciones tanto conductuales como mentales. Un contexto de neurociencia puede ser útil para proporcionar información.”
El estudiante de posgrado Diego Aldarondo trabajó con investigadores de DeepMind para entrenar una red neuronal artificial llamada modelo de dinámica inversa, que los científicos creen que utiliza nuestro cerebro para guiar el movimiento. Cuando tomamos una taza de café, por ejemplo, nuestro cerebro calcula rápidamente la velocidad que debe seguir nuestro brazo y la traduce en órdenes motoras. De manera similar, basándose en datos de los ratones originales, la red fue referenciada al movimiento deseado y aprendió a generar fuerzas para producirlo. Esto permitió a la rata virtual imitar una variedad de comportamientos, incluso aquellos en los que no había sido entrenada explícitamente.
Estas simulaciones podrían abrir un área sin explotar de la neurociencia virtual en la que animales simulados con IA, entrenados para comportarse como animales reales, proporcionen modelos simples y totalmente transparentes para estudiar circuitos neuronales e incluso cómo dichos circuitos se ven comprometidos en las enfermedades. Si bien el laboratorio de Ölveczky está interesado en cuestiones fundamentales sobre cómo funciona el cerebro, la plataforma se puede utilizar para diseñar mejores sistemas de control robótico, por ejemplo.
El siguiente paso podría ser dar a los animales virtuales la autonomía para resolver tareas a las que se enfrentan los ratones reales. “De nuestra experiencia tenemos muchas ideas sobre cómo resolver este tipo de tareas y cómo implementar los algoritmos de aprendizaje que subyacen a la adquisición de un comportamiento calificado”, continuó Ölveczky. “Queremos empezar a utilizar ratones virtuales para probar estas ideas y ayudar a avanzar en nuestra comprensión de cómo los cerebros reales generan comportamientos complejos”.
