Forscher der Harvard University und DeepMind, dem Unternehmen für künstliche Intelligenz (KI). Googlehaben eine virtuelle Ratte mit einem künstlichen Gehirn geschaffen, das in der Lage ist, komplexe und koordinierte Bewegungen zu steuern, mit dem Ziel, dabei zu helfen, die Mechanismen zu entschlüsseln, mit denen das Gehirn Bewegungen steuert.
Durch dieses realistische digitale Modell der Ratte, beschrieben an diesem Dienstag in der Zeitschrift Naturgeht die Wissenschaft noch einen Schritt weiter und entwickelt ein KI-System, das nicht nur intelligent denkt, sondern dieses Denken auch in körperliche Handlungen umsetzt, in diesem Fall in die Bewegung der Gliedmaßen.
Die Forscher verwendeten in hoher Auflösung aufgezeichnete reale Rattendaten, um ein künstliches neuronales Netzwerk (das Gehirn der virtuellen Ratte) zu trainieren, um den virtuellen Körper in einem Physiksimulator namens MuJoco steuern zu können.
In diesem Simulator wirken Schwerkraft und andere Kräfte, die mit denen der normalen Umgebung, in der die Bewegung stattfindet, vergleichbar sind.
In ihren Experimenten stellten die Forscher fest, dass „das künstliche Gehirn angesichts von Bewegungen die gleichen neuronalen Kontrollnetzwerke aktivierte wie die echten Gehirne echter Ratten“, betont der Harvard-Neurowissenschaftler Bence Ölveczky, ein Experte für das Training echter Nagetiere zum Erlernen von Verhaltenskomplexen um ihre neuronalen Schaltkreise zu studieren.
WIE DAS GEHIRN EINE TASSE KAFFEE BEWEGT
„Die Zusammenarbeit war großartig: DeepMind hatte ein System entwickelt, um biomechanischen Agenten beizubringen, sich in komplexen Umgebungen zu bewegen, was für uns sehr gut war, da wir nicht über die Ressourcen verfügten, solche Simulationen durchzuführen“, sagt Ölveczk in einer Erklärung.
Das Team des Harvard-Forschers arbeitete eng mit Forschern von Google DeepMind zusammen, um ein künstliches neuronales Netzwerk zu trainieren, um sogenannte inverse Dynamikmodelle zu entwickeln, von denen Wissenschaftler glauben, dass das Gehirn Bewegungen steuert.
Die Autoren nennen als Beispiel, wie das menschliche Gehirn beim Aufnehmen einer Tasse Kaffee schnell die Flugbahn berechnet, der der Arm folgen soll, und diese Berechnung in motorische Befehle zur Ausführung der Bewegung umsetzt.
„In ähnlicher Weise erhielt das neuronale Netzwerk basierend auf Daten von echten Ratten eine Referenzbahn der gewünschten Bewegung und lernte, die dafür erforderlichen Kräfte zu erzeugen. Dies ermöglichte es der virtuellen Ratte, ein breites Spektrum an Verhaltensweisen nachzuahmen, auch solche für die die nicht explizit trainiert wurden“, erklärt Ölveczk.
SCHLÜSSELMODELLE ZUR LÖSUNG VON KRANKHEITEN
Diese Simulationen eröffnen ein unerforschtes Feld der virtuellen Neurowissenschaften, in dem KI-simulierte Tiere, die darauf trainiert wurden, sich wie echte zu verhalten, komfortable und transparente Modelle liefern können, um neuronale Schaltkreise zu untersuchen und zu sehen, wie sie bei Krankheiten beeinträchtigt werden.
Die Forscher gehen davon aus, dass der nächste Schritt darin besteht, dem virtuellen Tier die Autonomie zu geben, ähnliche Aufgaben wie echte Ratten zu lösen.
„Wir wollen damit beginnen, virtuelle Ratten zu nutzen, um diese Ideen zu testen und unser Verständnis darüber zu verbessern, wie reale Gehirne komplexe Verhaltensweisen erzeugen“, fährt Ölveczky fort.
Obwohl sich ihr Labor auf die Untersuchung der Funktionsweise des Gehirns konzentriert, könnte die mit DeepMind erstellte Plattform unter anderem für die Entwicklung besserer Robotersteuerungssysteme genutzt werden, betonen sie.
Die künstlichen Intelligenzsysteme von Google DeepMind helfen bei der Entwicklung wichtiger Werkzeuge, um unter anderem Veränderungen in der menschlichen DNA zu identifizieren, die Krankheiten verursachen können; oder um Materialien zu entdecken, mit denen sich bessere Solarzellen, Batterien oder Computerchips herstellen lassen.
