人工智能神经网络创建虚拟动物模型，揭示大脑如何控制复杂运动

科技日报记者 张梦然

为探索大脑如何控制运动的奥秘，美国哈佛大学与谷歌深度思维实验室的科学家合作，创造出一个“虚拟大鼠”——生物力学上逼真的大鼠数字模型。这个“大鼠”有一个人造大脑，可像真正的啮齿动物一样四处走动。该成果代表了一种人类研究大脑如何运作的新方法。相关论文发表在最新一期《自然》杂志上。

研究人员使用真实大鼠的运动数据创造的“虚拟大鼠”。
图片来源：谷歌深度思维

人类和动物的运动极为敏捷，堪称进化上的奇迹，至今还没有机器人能够深度模仿。科学家认为，人类通过大脑来指导运动。例如，当人伸手去拿一杯咖啡时，大脑会迅速计算出其手臂应该遵循的轨迹，并将其转化为运动命令。

此次，团队成员密切合作，利用来自真实大鼠的高分辨率数据训练了一个人工神经网络，作为虚拟大鼠的“大脑”，用这个“大脑”在一个名为MuJoco的物理模拟器中控制虚拟身体。网络被输入所需运动的参考轨迹，并学习产生力，最终训练人工神经网络实现了所谓的逆动力学模型。这使得“虚拟大鼠”能够模仿各种各样的行为，即使是那些没有经过明确训练的行为。

虚拟控制网络可以准确地预测与真实大鼠大脑中相同的神经活动，再结合深度强化学习以及自由行为动物的3D运动跟踪，实现了这一模拟。

这一模拟研究可能开启一个尚未开发的虚拟神经科学领域。在这个领域中，AI模拟的动物经过训练后表现得像真实动物一样，为研究神经回路提供了方便且完全透明的模型，甚至可推演这些回路在疾病中是如何受到损害的。模拟平台也能作为一个例子，帮助人们设计更好的机器人控制系统。