Стенфорд створив цифрового двійника мозку миші

Науковці Стенфордського університету розробили модель штучного інтелекту, що створює реалістичну симуляцію зорової кори мозку миші для прискорення нейронаукових досліджень.

Дослідники використали великі масиви даних нейронної активності мишей під час перегляду відеоматеріалів. Цей підхід дозволив створити точну цифрову копію ділянки мозку, що відповідає за обробку візуальної інформації. Створена модель здатна прогнозувати реакції десятків тисяч нейронів на нові візуальні стимули. Цифрові двійники можуть революціонізувати методи вивчення нейронних мереж мозку.

“Якщо ви побудуєте модель мозку, і вона буде дуже точною, це означає, що ви зможете провести набагато більше експериментів”, – пояснює Андреас Толіас, професор офтальмології та старший автор дослідження. Найперспективніші з цих віртуальних експериментів згодом можна перевірити на реальному мозку.

Фундаментальна модель нового покоління

Розроблений цифровий двійник належить до класу “фундаментальних моделей” штучного інтелекту. Ці моделі здатні навчатися на великих наборах даних і застосовувати отримані знання до нових завдань. На відміну від попередніх моделей, новий цифровий двійник може прогнозувати реакцію мозку на широкий спектр нових візуальних стимулів.

“Багато в чому насінням інтелекту є здатність до надійного узагальнення”, – зазначає Толіас. Він називає кінцевою метою, “Святим Граалем”, створення моделей, здатних узагальнювати сценарії за межами навчальної програми.

Для навчання моделі дослідники записали понад 900 хвилин мозкової активності восьми мишей. Тварини переглядали фрагменти динамічних фільмів, зокрема “Божевільний Макс”. Миші мають зір з низькою роздільною здатністю, подібний до нашого периферійного зору.

“Мишам подобається рух, який сильно активізує їхню зорову систему, тому ми показували їм фільми, в яких багато дії”, – пояснює Толіас. Під час експериментів камери відстежували рухи очей та поведінку мишей.

Точність та перспективи застосування

Створені цифрові двійники продемонстрували вражаючу точність імітації нейронної активності. Вони успішно відтворювали реакцію мозку на різноманітні нові візуальні стимули. Модель навіть змогла передбачити анатомічне розташування і типи тисяч нейронів у зоровій корі.

Головною перевагою цифрових двійників є можливість проведення необмеженої кількості експериментів. Дослідження, які зазвичай тривають роки, можна завершити за кілька годин. Можливе одночасне проведення мільйонів експериментів, що суттєво прискорює вивчення принципів роботи мозку.

“Ми намагаємося відкрити чорний ящик, так би мовити, зрозуміти мозок на рівні окремих нейронів або популяцій нейронів і те, як вони працюють разом”, – підкреслює Толіас. Цифрові двійники вже надають нові знання про формування нейронних зв’язків.

Дослідники виявили, що нейрони обирають зв’язки за принципом подібності реакцій на стимули. Нейрони віддають перевагу з’єднанню з клітинами, які реагують на той самий стимул. “Це схоже на те, як хтось обирає друзів, виходячи з того, що їм подобається, а не з того, де вони знаходяться”, – пояснює Толіас.

Майбутнє нейромоделювання

Науковці планують розширити моделювання на інші ділянки мозку та види тварин. Особливу увагу приділятимуть приматам з більш розвиненими когнітивними здібностями. Кінцевою метою є створення цифрових моделей окремих ділянок людського мозку.

“Врешті-решт, я вірю, що можна буде створити цифрових двійників принаймні окремих ділянок людського мозку”, – прогнозує Толіас. Він вважає, що поточні досягнення – це лише “верхівка айсберга” у розвитку нейромоделювання.

Цифрові двійники можуть трансформувати нейронауки подібно до того, як авіасимулятори змінили підготовку пілотів. Віртуальні моделі забезпечують безпечне середовище для експериментів і прискорюють дослідження. Дослідження Стенфордського університету відкриває нову еру у вивченні функціонування мозку.