Numa colaboração impressionante, investigadores da Universidade de Harvard uniram forças com cientistas do Google DeepMind para criar um cérebro synthetic para um rato digital. Publicado em Natureza, este avanço inovador abre novas portas no estudo de como o cérebro controla movimentos complexos usando técnicas avançadas de simulação de IA.
Construindo o Cérebro Digital do Rato
Para construir o cérebro do rato digital, a equipe de pesquisa utilizou dados de alta resolução registrados em ratos reais. Os pesquisadores de Harvard trabalharam em estreita colaboração com a equipe DeepMind para construir um modelo digital biomecanicamente realista de um rato. O estudante de pós-graduação Diego Aldarondo colaborou com pesquisadores da DeepMind para treinar uma rede neural synthetic (RNA), que serve como cérebro digital, usando a poderosa técnica de aprendizado de máquina aprendizado por reforço profundo.
A rede neural foi treinada para usar modelos de dinâmica inversa, que se acredita serem empregados pelo nosso cérebro para orientar o movimento. Esses modelos permitem ao cérebro calcular a trajetória necessária e traduzi-la em comandos motores para alcançar o movimento desejado, como pegar uma xícara de café. A rede neural do rato digital aprendeu a gerar as forças necessárias para produzir uma ampla gama de comportamentos, incluindo aqueles não treinados explicitamente, usando trajetórias de referência derivadas de dados reais de ratos.
Como observou Ölveczky, “a DeepMind desenvolveu um pipeline para treinar agentes biomecânicos para se movimentarem em ambientes complexos. Simplesmente não tínhamos recursos para executar simulações como essas, para treinar essas redes.” A colaboração foi “fantástica”, acrescentou, enfatizando o papel essential desempenhado pelos cientistas da DeepMind na realização deste avanço.
O resultado é um cérebro digital capaz de controlar um modelo de rato 3D biomecanicamente realista dentro de um sofisticado simulador de física, imitando de perto os movimentos de um roedor actual.
Aplicações potenciais
O rato digital com o seu cérebro synthetic apresenta uma nova abordagem para sondar os circuitos neurais responsáveis por comportamentos complexos. Ao estudar como o cérebro gerado pela IA controla os movimentos do rato digital, os neurocientistas podem obter informações valiosas sobre o intrincado funcionamento dos cérebros reais.
Este avanço também poderia abrir caminho para a engenharia de sistemas de controle robótico mais avançados. Como sugere Ölveczky, “Embora o nosso laboratório esteja interessado em questões fundamentais sobre como o cérebro funciona, a plataforma poderia ser usada, por exemplo, para projetar melhores sistemas de controle robótico”. Ao compreender como o cérebro digital gera comportamentos complexos, os pesquisadores poderão desenvolver robôs mais sofisticados e adaptativos.
Talvez o mais emocionante seja o facto de esta investigação poder permitir um novo campo de “neurociência digital”, onde animais simulados por IA servem como modelos convenientes e totalmente transparentes para estudar o cérebro, mesmo em estados de doença. Estas simulações poderiam fornecer uma janela sem precedentes para os mecanismos neurais por trás de várias condições neurológicas, levando potencialmente a novas estratégias de tratamento.
Próxima etapa: mais autonomia digital para ratos
Com base neste trabalho inovador, os investigadores planeiam dar ao rato digital mais autonomia para resolver tarefas semelhantes às encontradas pelos ratos reais. Como explica Ölveczky: “A partir de nossos experimentos, temos muitas ideias sobre como essas tarefas são resolvidas e como os algoritmos de aprendizagem que fundamentam a aquisição de comportamentos qualificados são implementados”.
Ao conceder mais independência ao rato digital, os cientistas podem testar suas teorias sobre os algoritmos de aprendizagem que permitem a aquisição de novas habilidades. Isto poderia fornecer informações valiosas sobre como os cérebros reais aprendem e se adaptam a novos desafios.
Em última análise, o objetivo é avançar na nossa compreensão de como cérebros reais geram comportamentos complexos. “Queremos começar a usar ratos virtuais para testar essas ideias e ajudar a avançar na nossa compreensão de como cérebros reais geram comportamentos complexos”, afirma Ölveczky. Ao continuar a refinar e expandir esta abordagem inovadora, os neurocientistas e os investigadores de IA podem trabalhar em conjunto para desvendar os mistérios do cérebro e criar sistemas mais inteligentes e adaptáveis.
