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Neurocientíficos de Harvard y Google DeepMind crean un cerebro artificial en un ratón virtual

En una impresionante colaboración, investigadores de la Universidad de Harvard han unido fuerzas con científicos de Google DeepMind para crear un cerebro artificial para un ratón virtual. Publicado en Naturaleza, Este avance innovador abre nuevas puertas en el estudio de cómo el cerebro controla movimientos complejos utilizando técnicas avanzadas de simulación de IA.

Construyendo el cerebro del ratón virtual

Para construir el cerebro virtual del ratón, el equipo de investigación utilizó datos de alta resolución registrados en ratones reales. Los investigadores de Harvard trabajaron en estrecha colaboración con el equipo de DeepMind para construir un modelo digital biomecánicamente realista de un ratón. El estudiante de posgrado Diego Aldarondo colaboró ​​con investigadores de DeepMind para entrenar una red neuronal artificial (RNA), que sirve como un cerebro virtual, utilizando la poderosa técnica de aprendizaje automático de aprendizaje por refuerzo profundo.

La red neuronal fue entrenada para utilizar modelos de dinámica inversa, que se cree que nuestro cerebro emplea para guiar el movimiento. Estos modelos permiten al cerebro calcular la trayectoria necesaria y traducirla en comandos motores para lograr el movimiento deseado, como coger una taza de café. La red neuronal del ratón virtual aprendió a generar las fuerzas necesarias para producir una amplia gama de comportamientos, incluidos aquellos no entrenados explícitamente, utilizando trayectorias de referencia derivadas de datos reales del ratón.

Como señaló Ölveczky, “DeepMind ha desarrollado un sistema para entrenar agentes biomecánicos para que se muevan en entornos complejos. Simplemente no teníamos los recursos para ejecutar simulaciones como estas, para entrenar estas redes”. La colaboración fue «fantástica», añadió, enfatizando el papel crucial desempeñado por los científicos de DeepMind para lograr este avance.

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El resultado es un cerebro virtual capaz de controlar un modelo de ratón 3D biomecánicamente realista dentro de un sofisticado simulador de física, imitando fielmente los movimientos de un roedor real.

Aplicaciones potenciales

El ratón virtual con su cerebro artificial presenta un nuevo enfoque para sondear los circuitos neuronales responsables de comportamientos complejos. Al estudiar cómo el cerebro generado por IA controla los movimientos del ratón virtual, los neurocientíficos pueden obtener información valiosa sobre el intrincado funcionamiento de los cerebros reales.

Este avance también podría allanar el camino para diseñar sistemas de control robótico más avanzados. Como sugiere Ölveczky: «Aunque nuestro laboratorio está interesado en cuestiones fundamentales sobre cómo funciona el cerebro, la plataforma podría usarse, por ejemplo, para diseñar mejores sistemas de control robótico». Al comprender cómo el cerebro virtual genera comportamientos complejos, los investigadores podrán desarrollar robots más sofisticados y adaptables.

Quizás lo más interesante es que esta investigación podría abrir un nuevo campo de “neurociencia virtual”, en el que animales simulados con IA sirvan como modelos convenientes y totalmente transparentes para estudiar el cerebro, incluso en estados patológicos. Estas simulaciones podrían proporcionar una ventana sin precedentes a los mecanismos neuronales detrás de diversas afecciones neurológicas, lo que podría conducir a nuevas estrategias de tratamiento.

Próximo paso: más autonomía virtual para los ratones

A partir de este trabajo innovador, los investigadores planean dotar al ratón virtual de mayor autonomía para resolver tareas similares a las que encuentran los ratones reales. Como explica Ölveczky: «De nuestros experimentos, tenemos muchas ideas sobre cómo se resuelven estas tareas y cómo se implementan los algoritmos de aprendizaje que subyacen a la adquisición de comportamientos cualificados».

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Al otorgarle más independencia al ratón virtual, los científicos pueden probar sus teorías sobre los algoritmos de aprendizaje que le permiten adquirir nuevas habilidades. Esto podría proporcionar información valiosa sobre cómo los cerebros reales aprenden y se adaptan a nuevos desafíos.

En última instancia, el objetivo es avanzar en nuestra comprensión de cómo los cerebros reales generan comportamientos complejos. «Queremos empezar a utilizar ratones virtuales para probar estas ideas y ayudar a mejorar nuestra comprensión de cómo los cerebros reales generan comportamientos complejos», afirma Ölveczky. Al continuar perfeccionando y ampliando este enfoque innovador, los neurocientíficos y los investigadores de IA pueden trabajar juntos para desbloquear los misterios del cerebro y crear sistemas más inteligentes y adaptativos.

Federico Pareja

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