Roma – L’agilità con cui si muovono gli esseri umani e gli animali è una meraviglia dell’evoluzione che nessun robot è ancora riuscito a emulare fedelmente . Per contribuire a svelare il mistero di come il cervello controlla il movimento, i neuroscienziati di Harvard hanno creato un ratto virtuale con un cervello artificiale che può muoversi proprio come un vero roditore.
Bence Ölveczky, professore presso il Dipartimento di Biologia Organismica ed Evoluzionistica, ha guidato un gruppo di ricercatori che hanno collaborato con gli scienziati del laboratorio DeepMind AI di Google per costruire un modello digitale biomeccanicamente realistico di un ratto. Utilizzando dati ad alta risoluzione registrati da ratti reali, hanno addestrato una rete neurale artificiale – il “cervello” del ratto virtuale – a controllare il corpo virtuale in un simulatore fisico chiamato MuJoco , dove sono presenti gravità e altre forze.
Pubblicando su Nature , i ricercatori hanno scoperto che le attivazioni nella rete di controllo virtuale predicevano accuratamente l’attività neurale misurata nel cervello di ratti reali che producevano gli stessi comportamenti, ha affermato Ölveczky, esperto nell’addestrare ratti (reali) ad apprendere comportamenti complessi al fine di studiare i loro circuiti neurali. L’impresa rappresenta un nuovo approccio allo studio di come il cervello controlla il movimento, ha affermato Ölveczky, sfruttando i progressi nell’apprendimento per rinforzo profondo e nell’intelligenza artificiale, nonché il tracciamento del movimento 3D negli animali che si comportano liberamente.
I ricercatori di Harvard e Google DeepMind hanno creato un ratto virtuale utilizzando i dati di movimento registrati da ratti reali.
CREDITO
Google DeepMind
La collaborazione è stata “fantastica”, ha detto Ölveczky. “DeepMind aveva sviluppato una pipeline per addestrare gli agenti biomeccanici a muoversi in ambienti complessi. Semplicemente non avevamo le risorse per eseguire simulazioni come quelle, per addestrare queste reti”.
Allo stesso modo, lavorare con i ricercatori di Harvard è stata “un’opportunità davvero entusiasmante per noi”, ha affermato Matthew Botvinick, coautore e direttore senior della ricerca di Google DeepMind. “Abbiamo imparato moltissimo dalla sfida di costruire agenti incarnati: sistemi di intelligenza artificiale che non solo devono pensare in modo intelligente, ma devono anche tradurre quel pensiero in azione fisica in un ambiente complesso. Sembrava plausibile che adottare questo stesso approccio in un contesto neuroscientifico potesse essere utile per fornire informazioni sia sul comportamento che sulla funzione cerebrale”.
Lo studente laureato Diego Aldarondo ha lavorato a stretto contatto con i ricercatori di DeepMind per addestrare la rete neurale artificiale a implementare quelli che vengono chiamati modelli di dinamica inversa, che gli scienziati ritengono che il nostro cervello utilizzi per guidare il movimento. Quando prendiamo una tazza di caffè, ad esempio, il nostro cervello calcola rapidamente la traiettoria che il nostro braccio dovrebbe seguire e la traduce in comandi motori. Allo stesso modo, sulla base dei dati di ratti reali, la rete è stata alimentata con una traiettoria di riferimento del movimento desiderato e ha imparato a produrre le forze per generarlo. Ciò ha permesso al ratto virtuale di imitare una vasta gamma di comportamenti, anche quelli su cui non era stato esplicitamente addestrato.
Queste simulazioni potrebbero lanciare un’area inesplorata della neuroscienza virtuale in cui gli animali simulati dall’intelligenza artificiale, addestrati a comportarsi come quelli reali, forniscono modelli convenienti e completamente trasparenti per studiare i circuiti neurali e persino il modo in cui tali circuiti vengono compromessi nelle malattie. Sebbene il laboratorio di Ölveczky sia interessato a questioni fondamentali sul funzionamento del cervello, la piattaforma potrebbe essere utilizzata, ad esempio, per progettare migliori sistemi di controllo robotico.
Il prossimo passo potrebbe essere quello di dare all’animale virtuale l’autonomia necessaria per risolvere compiti simili a quelli affrontati dai ratti reali. “Dai nostri esperimenti, abbiamo molte idee su come risolvere tali compiti e su come vengono implementati gli algoritmi di apprendimento che sono alla base dell’acquisizione di comportamenti qualificati”, ha continuato Ölveczky. “Vogliamo iniziare a utilizzare i ratti virtuali per testare queste idee e contribuire a far progredire la nostra comprensione di come i cervelli reali generano comportamenti complessi”.(30Science.com)
