¿Son los cerebros de insecto el secreto de una gran Inteligencia Artificial?

Esta charla TEDx fue presentada por Radhika Nagpal y trata sobre cómo los insectos pueden ser una fuente de inspiración para la inteligencia artificial.

Nagpal explica cómo los insectos tienen cerebros muy diferentes a los humanos y cómo estos cerebros pueden ser una fuente de inspiración para la inteligencia artificial.

Transcripción

Crear inteligencia en una computadora ha sido el Santo Grial de la Inteligencia Artificial. por algun tiempo. Pero, ¿cómo podemos llegar allí? Nos consideramos seres extremadamente inteligentes. Por eso es lógico estudiar nuestro cerebro, el sustrato de nuestra cognición, para crear inteligencia artificial.

Imagínese si pudiéramos reproducir en una computadora la forma en que funciona nuestro cerebro. Pero también piensa en la ruta que tomaría. El cerebro humano contiene 86 mil millones de neuronas. Cada uno está en constante comunicación con miles de otros y cada uno tiene sus propias características individuales.

Capturar el cerebro humano en una computadora puede ser un problema demasiado grande y complejo para resolverlo con la tecnología y el conocimiento que tenemos hoy.

Creo que podemos capturar un cerebro en una computadora, pero tenemos que empezar con algo más pequeño. Mucho más pequeña. Estos insectos tienen tres de los cerebros más fascinantes del mundo. Aunque no tienen inteligencia a nivel humano, cada uno de ellos es increíble en una determinada tarea.

Piense en ellos como especialistas altamente capacitados. Los escarabajos sagrados africanos son excelentes para empujar grandes bolas de estiércol en línea recta. (Risas) Cualquiera que haya hecho un muñeco de nieve sabe que empujar una pelota grande no es fácil.

Ahora imagina intentar hacer ese muñeco de nieve cuando la bola de nieve es de tu tamaño y estás haciendo el pino. (Risas)

Las hormigas en el desierto del Sahara son expertas en navegación. Es posible que tengan que viajar una distancia considerable en busca de alimento. Pero tan pronto como encuentran sustento, saben cómo calcular el camino más directo a casa. Y la libélula se especializa en la caza. En la naturaleza, la libélula atrapa alrededor del 95 % de las presas que persigue.

Estos insectos son tan buenos en sus especialidades que los neurocientíficos como yo los estudiamos como sistemas modelo para comprender cómo los sistemas nerviosos animales resuelven problemas específicos. En mi investigación, estudio el cerebro para encontrar las mejores soluciones que la biología tiene para ofrecer a las computadoras. Mira el cerebro de la libélula. Sólo tiene alrededor de un millón de neuronas.

Aun así, no es fácil desentrañar un circuito de un millón de neuronas. Pero dada la elección entre tratar de separar un cerebro con un millón de neuronas o un cerebro con 86 mil millones de neuronas, ¿cuál crees que elegirías primero? (Risas) Cuando estudiamos estos cerebros de insectos más pequeños, el objetivo inmediato no es la inteligencia humana. Estudiamos estos cerebros en lo que los insectos hacen bien.

En el caso del caballito del diablo es la intercepción. Cuando los caballitos del diablo están cazando, hacen más que volar sobre su presa. Vuelan de tal manera que lo interceptarán. Van donde va la presa. Como un jugador de fútbol corriendo para interceptar un pase.

Para hacer esto correctamente, los caballitos del diablo deben realizar lo que se llama una transformación de coordenadas, pasando del marco del ojo de referencia, es decir, lo que ve el caballito del diablo, al marco del cuerpo de referencia, es decir, cómo el caballito del diablo necesita girar el cuerpo para interceptar. Las transformaciones de coordenadas son un cálculo básico que los animales tienen que hacer para interactuar con el mundo. Lo hacemos instintivamente cada vez que agarramos algo.

Cuando agarro un objeto justo delante de mí, mi brazo sigue una trayectoria diferente que si giro la cabeza, miro ese mismo objeto cuando está más lejos y lo agarro. En ambos casos, mis ojos ven la misma imagen de ese objeto, pero mi cerebro envía mi brazo en una trayectoria diferente según la posición de mi cuello. Las libélulas son rápidas. Esto significa que calculan rápidamente.

Latencia, es decir, el tiempo que tarda un caballito del diablo en reaccionar después de ver girar a la presa. es de unos 50 milisegundos. La latencia es asombrosa.

Por un lado, es la mitad del tiempo de un parpadeo humano. Y, por otro lado, sugiere que los caballitos del diablo descubren cómo interceptar en relativamente o sorprendentemente pocos pasos computacionales. En el cerebro, un paso computacional es una sola neurona o una capa de neuronas que se ejecutan en paralelo. Una sola neurona tarda unos 10 milisegundos en recibir toda esta información y reaccionar.

El tiempo de respuesta de 50 milisegundos significa que después de que la libélula ve girar a la presa, solo hay tiempo para quizás cuatro de esos pasos computacionales, o para cuatro capas de neuronas, trabajando en secuencia, una tras otra, para calcular cómo debe girar la libélula.

En otras palabras, si quiero estudiar cómo el caballito del diablo realiza transformaciones de coordenadas, el circuito neuronal que necesito comprender, el circuito neuronal que necesito estudiar, puede tener como máximo cuatro capas de neuronas.

Cada capa puede tener muchas neuronas, pero es un pequeño circuito neuronal. Lo suficientemente pequeño como para poder identificarlo y estudiarlo con los instrumentos que tenemos hoy. Eso es lo que estoy tratando de hacer.

Creé un modelo de lo que creo que es el circuito neuronal que calcula cómo debe girar la libélula. Y este es el interesante resultado. En el modelo, los caballitos del diablo hacen transformaciones coordinadas en un solo paso computacional, una capa de neuronas. Esto es algo que podemos probar y entender.

En una simulación por computadora, puedo predecir las actividades de las neuronas individuales mientras el caballito del diablo está cazando. Por ejemplo, aquí estoy prediciendo potenciales de acción, o picos, que son activados por una de estas neuronas cuando la libélula ve moverse a su presa.

Para probar el modelo, mis colaboradores y yo ahora estamos comparando estas reacciones neuronales predichas con las reacciones de las neuronas registradas en los cerebros de los caballitos del diablo vivos.

Estos son experimentos en curso en los que ponemos libélulas en realidad virtual. (Risas) Sabes, no es práctico poner lentes de realidad virtual en una libélula. En cambio, mostramos las películas de caballitos del diablo de objetivos en movimiento, mientras que un electrodo registra patrones de actividad de neuronas individuales en el cerebro.

Sí, le gusta el cine. Si la respuesta que registramos en el cerebro coincide con la predicha en el modelo, habremos identificado qué neuronas son las responsables de las transformaciones coordinadas.

El próximo paso será comprender la especificidad de cómo estas neuronas trabajan juntas para hacer el cálculo. Pero así es como empezamos a entender cómo el cerebro hace cálculos básicos o primitivos. Cálculos que considero los componentes básicos de funciones más complejas, no solo para interceptar sino también para la cognición.

La forma en que estas neuronas calculan puede ser diferente de cualquier cosa que exista hoy en día en una computadora. Y el objetivo de este trabajo va más allá de escribir códigos que reproduzcan patrones de actividad neuronal. Tenemos la intención de crear un chip de computadora que no solo haga las mismas cosas que los cerebros biológicos, sino que las haga de la misma manera que los cerebros biológicos.

Eso podría conducir a drones impulsados ​​por computadoras del mismo tamaño que el cerebro de una libélula que capturen algunos objetivos y eviten otros.

Personalmente, espero que un pequeño ejército de ellos defienda mi patio trasero de los mosquitos este verano. (Risas) El GPS de tu celular puede ser reemplazado por un nuevo dispositivo de navegación basado en escarabajos sagrados u hormigas que pueden guiarte a casa por el camino más directo o más fácil ¿Y cuál será el consumo de energía de dispositivos como estos? A pesar de su tamaño, se estima que el cerebro humano consume tanta energía como una bombilla de 29 Watts.

Imagínese si todas las computadoras inspiradas en el cerebro tuvieran este requisito de bajo consumo de energía. Su teléfono inteligente o su reloj inteligente probablemente necesite cargarse todos los días. Cargar su nuevo dispositivo inspirado en el cerebro puede durar algunos meses o incluso algunos años.

El famoso físico Richard Feynman dijo una vez: “Simplemente no puedo crear lo que no entiendo”. Lo que veo en los sistemas nerviosos de los insectos es una oportunidad para comprender los cerebros mediante la creación de computadoras que funcionan como cerebros. Y la creación de estas computadoras no será solo para el conocimiento.

Existe potencial para un impacto real en nuestros dispositivos, en nuestros vehículos, tal vez incluso en la inteligencia artificial. Entonces, la próxima vez que vea un insecto, considere que esos pequeños cerebros podrían conducir a computadoras increíbles. Y pensar en el potencial que nos ofrecen para el futuro. Gracias.

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