Un grupo de neurocientíficos dirigido por Bence Ölveczky, profesor de la Universidad de Harvard (EE.UU.), en colaboración con científicos de DeepMind, de Google, creó un modelo digital biomecánicamente realista de una rata para ayudar a investigar cómo el cerebro controla y coordina todo el movimiento. Esta invención, desarrollada con inteligencia artificial (IA), es un primer paso para crear robots automatizados más ágiles. La capacidad de los humanos y los animales de moverse ágilmente es una maravilla evolutiva que ningún robot ha podido emular.
Un hito de la neurociencia
Utilizando datos de alta resolución obtenidos de ratas reales, entrenaron una red neuronal artificial (el 'cerebro' de la rata) para controlar el cuerpo virtual en un simulador de física llamado 'MuJoco', donde la gravedad y otras fuerzas están presentes.
Los especialistas explican que cuando tomamos una taza de café, por ejemplo, nuestro cerebro calcula rápidamente la trayectoria que debe seguir nuestro brazo y la traduce en órdenes motoras. De manera similar, basándose en datos de ratas reales, la red recibió una trayectoria de referencia del movimiento deseado y aprendió a producir las fuerzas para generarlo. La implementación de estos modelos de dinámica inversa permitió a la rata virtual imitar una amplia gama de comportamientos, incluso aquellos en los que no había sido entrenada explícitamente.
Según Ölveczky, las activaciones en la red de control virtual predecían con precisión la actividad neuronal medida en los cerebros de ratas reales que producían los mismos comportamientos. El experto considera que este hito representa un nuevo enfoque para estudiar cómo el cerebro controla el movimiento. Para lograr esto se aprovecharon los avances en el aprendizaje por refuerzo profundo y la IA, así como el seguimiento del movimiento en 3D en animales que se comportan libremente.
Una colaboración muy fructífera
La colaboración fue "fantástica", subraya Ölveczky. "DeepMind había desarrollado un sistema para entrenar agentes biomecánicos para moverse en entornos complejos. Simplemente no teníamos los recursos para ejecutar simulaciones como esas, para entrenar estas redes", señaló. Trabajar con los investigadores de Harvard fue, además, "una oportunidad realmente emocionante para nosotros", comentó por su parte el coautor y director de DeepMind, Matthew Botvinick.
"Hemos aprendido mucho del desafío de construir agentes corporeizados: sistemas de IA que no solo tienen que pensar de manera inteligente, sino que también deben traducir ese pensamiento en acción física en un entorno complejo. Parecía plausible que adoptar este mismo enfoque en un contexto de neurociencia pudiera ser útil para proporcionar conocimientos tanto sobre el comportamiento como sobre la función cerebral", expuso Botvinick.
Perspectivas
Los autores del estudio, publicado este martes en Nature, plantean que el siguiente paso podría ser darle autonomía al animal virtual para resolver tareas similares a las que se enfrentan las ratas reales.
"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 especializados", sostiene Ölveczky. "Queremos empezar a utilizar ratas virtuales para probar estas ideas y ayudar a avanzar en nuestra comprensión de cómo los cerebros reales generan comportamientos complejos", concluyó.