Le cervelet contient de nombreux indices pour créer des robots humanoïdes

Quand vous visualisez quelqu'un qui bouge comme un robot, quelles images viennent à l'esprit? Un manque de fluidité et de coordination marqué par des mouvements maladroits et saccadés sont des caractéristiques clichées des mouvements robotiques. Fait intéressant, tous ces traits sont liés à des maladies ou des déficits dans le cervelet humain qui est responsable de la coordination des mouvements musculaires, de l'équilibre, de la posture et bien plus encore.

D'un point de vue stéréotypique, un robot bouge et parle comme s'il souffrait d' ataxie , c'est-à-dire d'un manque de contrôle musculaire pendant les mouvements volontaires – comme marcher, saisir et ramasser des objets. Le cervelet est directement lié à l'ataxie, qui peut également affecter la fluidité de la parole, les mouvements oculaires et la déglutition.

Le cerveau, qui est la maison du cortex préfrontal et le siège de la fonction exécutive, détient magnifiquement la connaissance explicite. Le cervelet – qui est la maison des neurones de Purkinje et le siège de la mémoire musculaire – détient un savoir-faire et des choses implicites que nous apprenons à faire par l'essai et l'erreur, la répétition et la pratique, la pratique et la pratique.

Je fais des recherches sur le cervelet depuis plus d'une décennie. De mon point de vue, il semble évident que le secret de la création de robots «sans ataxie» réside dans l'application des fonctions du cervelet à la robotique avancée de l'intelligence artificielle (AI).

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Un robot avec un cervelet fonctionnant parfaitement pourrait se déplacer avec fluidité, rester équilibré et être proprioceptif. Il pourrait aussi penser, communiquer socialement, apprendre implicitement et avoir une indépendance sensorimotrice. Je crois qu'un robot humanoïde doté d'un «cerveau» qui représente à la fois le cerveau et le cervelet pourrait devenir un androïde sensible.

Une brève histoire du cervelet

Aristote (384-322 av. J.-C.) est le premier auteur connu à décrire le cervelet en tant que «parencephalon» et le cerveau en tant qu'encéphale. En 1504, Léonard de Vinci fit des moulages de cire du cerveau humain et inventa le terme «cervelet» qui signifie «petit cerveau» en latin. Le «cerveau» ou «grand cerveau» se trouve au sommet du cervelet qui est soigneusement caché sous le cerveau.

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Le cervelet est seulement 10 pour cent du volume du cerveau, mais détient plus de 50 pour cent des neurones totaux de votre cerveau. Basé sur cette distribution disproportionnée des neurones, mon père, Richard Bergland – qui était neuroscientifique, neurochirurgien et auteur de The Fabric of Mind – a toujours dit: «Nous ne savons pas exactement ce que fait le cervelet, mais quoi qu'il fasse, c'est en faire beaucoup. "

Tout au long de l'histoire, le cervelet est resté mystérieux et sous le radar de la plupart des neuroscientifiques. À la fin des années 1960 et au début des années 1970, le cervelet suscitait un regain d'intérêt de la part de David Marr, John Eccles et James Albus (qui étaient les pairs de mon père) … mais l'intérêt pour le cervelet diminuait à la fin du 20 siècle.

Heureusement, l'intérêt neuroscientifique pour le cervelet connaît actuellement une renaissance et prend de l'ampleur. Ces derniers mois, il y a eu un tournant décisif de découvertes révolutionnaires sur le cervelet. C'est une période très excitante pour faire des recherches sur le cervelet.

Le cervelet pourrait occuper une place centrale dans un proche avenir

Bien que mes antennes aient fait l'objet d'études sur le cervelet depuis des décennies, la vitesse fulgurante des découvertes récentes m'a laissé la tête vaciller. Lors de la conférence de la Society of Neuroscience de 2014 en novembre dernier, le cervelet semblait avoir une tendance lourde. Au cours de la dernière année seulement, quatre études différentes ont été publiées reliant le cervelet avec les troubles du spectre autistique (TSA).

Basé sur le lien récent entre le cervelet et l'autisme, il semble que les mêmes symptômes de TSA, comme la difficulté à utiliser les techniques de communication non verbale, le contact visuel, l'interprétation des expressions faciales et les déficits moteurs, pourraient être le résultat de problèmes cérébelleux.

Les personnes atteintes d'autisme éprouvent aussi souvent de la difficulté à interpréter les sentiments d'une autre personne ou à faire preuve de compassion à l'égard de la douleur et de la souffrance des autres. Ironiquement, des robots rudimentaires ont été utilisés pour aider les enfants atteints d'autisme à devenir plus engagés socialement, selon une étude du Yale Child Study Center .

Une autre étude plus tôt cette année reliait le cervelet aux troubles bipolaires. Et maintenant le cervelet est lié à la robotique optimisée par l'interface cérébrale. La clé pour créer un robot sensible avec des sentiments pourrait-elle être liée à la création d'une structure de cervelet d'IA? Je soupçonne que la réponse est oui.

Jusqu'à il y a quelques semaines, je n'avais pas beaucoup réfléchi à la façon dont une meilleure compréhension du cervelet pourrait être appliquée à la robotique ou aux interfaces cérébrales qui coordonnent le mouvement des prothèses bioniques. Tout cela a changé récemment lorsque j'ai lu un communiqué de presse publié en février 2015 par Scott Frey à l'Université du Missouri à propos de son étude publiée dans le Journal of Cognitive Neuroscience .

Scott Frey et moi avons passé quelques heures à parler au téléphone de ses recherches. Il s'avère que nous sommes tous les deux d'anciens triathlètes qui partagent une passion pour le pouvoir transformateur de l'activité physique, de la neuroscience et du cervelet.

Dans le communiqué de presse sur sa découverte que le cervelet joue un rôle essentiel en aidant les sujets à saisir un objet en utilisant une interface contrôlée par le cerveau Scott Frey a déclaré:

"Nous vivons dans un monde de technologie avancée dans lequel un bouton peut déplacer une grue ou ouvrir une porte. Pour les personnes handicapées, les technologies d'assistance, telles que les bras robotisés ou les capteurs insérés dans le cerveau, permettent d'accomplir des gestes tels que la saisie en appuyant sur un bouton ou directement à travers l'activité cérébrale; Cependant, on sait peu de choses sur la façon dont le cerveau humain s'adapte à ces technologies. Nous avons constaté que le cerveau n'évoluait pas nécessairement pour contrôler les bras robotiques modernes, mais plutôt le cervelet, une partie ancienne de notre cerveau qui est restée relativement inchangée, joue un rôle essentiel pour nous aider à atteindre et à saisir ces outils – souvent avec seulement entraînement minimal. "

Au cours des derniers jours, j'ai découvert plusieurs autres études qui soutiennent le rôle potentiel que les dispositifs cérébelleux pourraient jouer dans la création de robots humanoïdes et d'androïdes.

Traditionnellement, les ordinateurs et la robotique IA se concentrent principalement sur les aspects «cérébraux» de l'intelligence contenue dans le cerveau. ("Cerebellar" est le mot "cérébral" et définit tout ce qui se rapporte au cervelet. ")

Ce qui rend un robot humanoïde tellement plus complexe qu'un ordinateur comme "Watson" d'IBM – appelé "ordinateur cognitif" avec intelligence cérébrale et peut gagner un jeu comme Jeopardy – c'est qu'un robot sensible doit avoir la capacité de bouger à travers l'espace et ont la faculté sensorimotrice de s'adapter à un environnement en constante évolution. Cette capacité semblerait exiger les capacités spéciales d'un cervelet.

Au cours des années 1970, lorsque Jamie Somers et Steve Austin combattirent les «fembots» de The Bionic Woman et Six Million Dollar Man , le plus gros problème qu'ils rencontrèrent fut que les fembots – qui étaient des androïdes humains – étaient plus forts que leurs bioniques partiels. prothèses. Le seul véritable inconvénient des fembots était qu'ils ne pouvaient pas penser par eux-mêmes.

L'intégration de modèles cérébelleux dans la conception de robots humanoïdes pourrait être essentielle à la création d'un robot sensible capable à la fois de ressentir des émotions et de penser par lui-même.

Pourquoi suis-je personnellement investi dans la défense des pouvoirs du cervelet?

Dans son travail, mon père était obsédé par le cervelet et par le potentiel du «génie cérébelleux» qu'il considérait comme un type d'intelligence appris par la pratique et l'expérience. Mon père était un joueur de tennis passionné. Pour illustrer le lien entre le cerveau et le cervelet, il dirait: «De cela, je suis absolument positif; devenir neurochirurgien était la conséquence directe de mon œil pour le ballon. "

Le cervelet est responsable de votre réflexe vestibulaire-oculaire (VOR) qui permet à vos yeux de suivre une cible pendant que votre tête se déplace dans différentes directions. En tant que neurochirurgien, mon père devait appliquer à la fois les compétences cérébrales et cérébelleuses, comme tout chirurgien, athlète et interprète doit le faire.

En grandissant, la seule fois où mon père et moi avons vraiment passé du bon temps ensemble était soit sur le court de tennis, soit en jouant aux échecs. Dès le début mon père a planté les graines d'un modèle de cerveau divisé qui impliquait l'importance des intelligences «cérébrales» que vous pouviez apprendre des livres et du type de fonction exécutive que vous utilisez en restant assis et en jouant aux échecs stratégiques ou en prenant un tester. Mais il a également souligné l'importance des «intelligences cérébelleuses».

Les "intelligences cérébelleuses" sont acquises par le biais d'essais et d'erreurs, d'expériences de vie et de pratiques régulières sur le terrain ou sur le terrain. Le cervelet est essentiel à la maîtrise de chaque type d'athlétisme. J'en suis venu à croire que l'intelligence cérébrale et cérébelleuse est tout aussi importante et devrait toujours aller de pair dans la vie et dans le sport.

En raison de l'influence de mon père, je suis devenu un champion du cervelet et je crois qu'il a toujours été sous-estimé. Je crois fermement que le cervelet joue un rôle beaucoup plus important dans la fonction cognitive et «l'intelligence» que, jusqu'à récemment, la plupart des universités ou des neurosciences semblent prêtes à l'admettre.

Non Satis Scire: "Savoir ne suffit pas"

Je suis allé à un petit collège des arts libéraux à Amherst, au Massachusetts appelé Hampshire College qui n'a pas de tests ou de notes et ne regarde pas les scores SAT au cours du processus d'admission. Je suis terrible à prendre des tests et a eu des scores horribles SAT, ce qui est la principale raison pour laquelle je suis allé à Hampshire. C'était littéralement le seul collège qui m'accepterait.

La devise de Hampshire est Non Satis Scire, qui signifie «Savoir, ça ne suffit pas». Je crois que quand il s'agit d'éduquer et de construire des robots IA, il est important de se rappeler que, selon le rapport des neurones entre les deux. le cerveau et le cervelet, et le bon sens, les intelligences cérébrales représentent moins de la moitié de notre intelligence humaine active.

En tant que père d'un enfant de 7 ans, je suis troublé de constater que les écoles et les écoles mettent l'accent sur les tests standardisés tout en les privant de l'activité physique et créative. le cervelet doit rester connecté au cerveau et prospérer.

Lorsque j'écrivais La Voie du sportif ( St. Martin's Press ) il y a une dizaine d'années, j'ai créé un modèle de cerveau divisé appelé «brain-down brain» qui remettait en question les idées conventionnelles de «cerveau gauche-cerveau droit». , la division saillante dans le globe crânien est nord-sud, entre le cerveau et le cervelet. Si vous souhaitez en savoir plus sur ce modèle split-brain, cliquez ici pour un échantillon gratuit de mon livre.

De l'athlétisme au développement de l'enfant ou à la réadaptation d'un accident vasculaire cérébral, mettre l'accent sur l'harmonie et l'interconnexion gauche-droite et haut-bas des deux hémisphères cérébraux du cerveau et des deux hémisphères du cervelet est la clé du succès. des théories présentées dans Le Chemin de l'Athlète.

Logiquement, si les gens de tous âges créent des habitudes quotidiennes qui optimisent la connectivité de la substance blanche et le volume de matière grise des deux hémisphères du cerveau et du cervelet, ils peuvent améliorer leurs chances d'atteindre une durée de vie optimale. . Ceci est un prescriptif simple et testé sur la route qui est la base de mon livre en cours intitulé Superfluidity .

Le cervelet est un opprimé, et une puissante souris, cette once pour l'once emballe un coup de poing walloping. Le génie cérébelleux peut finalement être plus important que l'intelligence cérébrale en termes de survie de l'espèce humaine et doit être considéré en essayant de construire des androïdes sensibles.

Par exemple, dans les cas où il y a une «erreur imprévue» et que vous êtes pris au dépourvu par un glissement sur la glace, ou presque en conduisant votre voiture, c'est votre cervelet qui prend instantanément le dessus et prédit et coordonne chaque des mouvements musculaires complexes qui vous gardent indemnes et en vie, avant même que votre cerveau ait le temps de réfléchir.

Récemment, des chercheurs de Penn ont identifié comment cela fonctionne dans une étude fascinante sur les fibres grimpantes, les granules et les cellules de Purkinje qui travaillent ensemble avec une précision ultra-rapide. Le cervelet a le travail épuisant de nous garder en sécurité, même s'il a généralement été sous-estimé pour tout ce qu'il fait tout au long de notre vie.

Hollywood donne la meilleure facturation à ses clients en 2015

Le 6 mars 2015, un nouveau film sur un robot sensible nommé "Chappie" ouvrira ses portes à l'échelle nationale. Je n'ai pas encore vu ce film, mais en regardant la bande-annonce, il est clair que ce qui distingue "Chappie" des autres robots humanoïdes, c'est qu'il peut apprendre à travers des expériences sensorimoteurs et semble avoir à la fois le "livre" et le cerveau. "Esprit de rue" d'un cervelet.

Après avoir regardé la bande-annonce de Chappie, ce qui m'intrigue le plus dans une perspective neuroscientifique, c'est que, comme un humain, Chappie le robot doit passer par l'étape classique de Piaget du développement sensorimoteur qui a récemment été fortement liée au cervelet.

Cet article de blog courant a gonflé dans les jours depuis que j'ai rencontré la recherche de Scott Frey le mois dernier. J'ai creusé de plus en plus dans la recherche cérébelleuse récente dans un effort pour relier les points et j'espère commencer un dialogue multi-disciplinaire sur la façon dont le cervelet peut être essentiel pour créer des robots sensibles et des androïdes. À la fin de ce post, j'ai inclus une bibliographie de certains des articles scientifiques les plus pertinents que j'ai trouvés qui abordent ce point.

En plus de la recherche de Scott Frey au Missouri, une étude différente de février 2015 semble refléter le potentiel de la recherche cérébelleuse pour faire des choses incroyablement bonnes pour l'humanité, mais aussi son potentiel pour créer une future dystopie robotique. Le mois dernier, des chercheurs de RIKEN au Japon ont rapporté qu'ils étaient capables de cultiver des cellules de Purkinje et une masse cérébelleuse dans une boîte de Pétri, en utilisant des cellules souches humaines.

Dans The Terminator, le cyborg d'Arnold Schwarzenegger avait un tissu vivant recouvrant un endosquelette métallique conçu pour le combat. Il semble possible que la future IA puisse compter sur la création de tissu vivant artificiel d'un cerveau humain qui pourrait être cultivé à partir de cellules souches dans un laboratoire et attaché à un exosquelette de fibre synthétique et de métal.

À l'avenir, nous aurons peut-être des androïdes sensibles avec du tissu cérébral réel qui a été cultivé dans un laboratoire puis attaché à un robot ou un androïde avec une force et une intelligence surhumaines. (Et quels seraient les avantages et les inconvénients d'inventer une telle créature?!)

Je me demande à quelle distance nous sommes d'avoir ce type d'hybride Android devenant une réalité? Je ne suis pas un auteur de science-fiction, mais je peux facilement imaginer Isaac Asimov, Aldous Huxley, Arthur C. Clarke, Daniel H. Wilson, ou Philip K. Dick utilisant cette dernière neuroscience pour écrire un roman prophétique.

Le film Ex Machina est   un thriller science-fiction, qui sortira dans le monde entier en avril 2015, sur la création d'androïdes sensibles dans un scénario qui devrait mettre en lumière le côté sombre de l'IA et la neuroscience de la construction de robots sensibles.

Ex Machina explore les paysages psychologiques complexes créés par les robots IA qui peuvent penser, aimer, sentir, séduire et détester. Certaines des scènes de cette bande-annonce me rappellent 2001: une odyssée de l'espace quand HAL décide de tuer ses créateurs et s'excuse calmement d'avoir à annihiler l'équipage de l'envahissement.

Pour moi, rechercher et défendre le cervelet est évidemment très personnel. L'une des raisons pour lesquelles cet article de blog m'a été difficile à écrire est que, pour la première fois, je vois un retour de bâton potentiel pour les scientifiques ayant une compréhension avancée du cervelet. Le cervelet est si mystérieux et insaisissable. Je me demande si le décodage de ses énigmes pourrait mener à des percées ambiguës qui pourraient mener à des cauchemars d'IA et à une future dystopie.

En écrivant ce blog, "roboethics" viennent au premier plan. Quelles sont les responsabilités éthiques des chercheurs de la communauté neuroscientifique en matière de création de robots sensibles?

Au cours des deux dernières années, Google a acquis des sociétés de robots comme Boston Dynamics qui sont traditionnellement fortement financés par l'armée. En 2014, Google a acheté au moins 6 sociétés de robots, et ils sont très discrets sur leur plan de match. Quel est le programme d'IA de Google?

Traditionnellement, une grande partie de la recherche sur les robots AI a été subventionnée par le Bureau des sciences de la défense de la DARPA et des groupes comme l'Army Research Laboratory de l'Army Research Laboratory . Du bon côté, toutes les ressources fédérales consacrées au développement robotique humanoïde pourraient améliorer la compréhension du fonctionnement du cerveau et mener à des traitements qui améliorent la vie des êtres humains tout au long de leur vie. Mais, cette recherche et développement robotique pourrait également conduire à de graves dysfonctionnements.

Le point que Scott Frey et moi-même sommes revenus à plusieurs reprises au cours de notre conversation est l'importance de constamment s'efforcer d'adapter et d'appliquer ces progrès dans les neurosciences et la robotique de manière à améliorer les vies.

Mon principal espoir est que ces études finiront par améliorer les vies individuelles – comme les anciens combattants blessés et les personnes handicapées – tout en faisant progresser l'humanité et en réduisant le nombre de victimes de la guerre.

Références: Si vous souhaitez approfondir la neuroscience de ce sujet, vous trouverez ci-dessous des liens vers des articles récents que j'ai trouvés lors de mes recherches sur ce blog.

1. «Saisir en appuyant sur un bouton: les réponses sélectives de la saisie dans le sulcus intrapariétal antérieur humain dépendent de relations causales non arbitraires entre les mouvements de la main et les actions effectrices terminales» Frey SH, Hansen M, Marchal N.
2. "La plasticité cérébelleuse distribuée implémente des composants de mémoire à plusieurs échelles généralisées dans des tâches sensorimotrices de robots réels" Claudia Casellato, Alberto Antonietti et al.
3. "Auto-organisation du tissu cérébelleux polarisé dans la culture 3D des cellules souches pluripotentes humaines" Keiko Muguruma, Ayaka Nishiyama, Kouichi Hashimoto, Yoshiki Sasai
4. "Modèle adaptatif de dopage cérébelleux intégré dans la boucle de contrôle: commutation de contexte et robustesse contre le bruit" Luque, Garrido et al.
5. "Les relations entre le volume cérébelleux régional et sensorimoteur et la fonction cognitive chez les adultes jeunes et plus âgés" Bernard JA, Seidler RD.
6. "Implication du cervelet dans les circuits sensorimoteurs corticaux pour le contrôle des mouvements volontaires" Rémi D. Proville, Maria Spolidoro et al.
7. "La convergence rapide de l'apprentissage nécessite une plasticité entre les noyaux d'olive inférieurs et les noyaux cérébelleux profonds dans une tâche de manipulation: une simulation robotique en boucle fermée" Niceto R. Luque, Jesús A. Garrido et al.
8. "Codage de la force du stimulus via des signaux de calcium analogues dans les dendrites des cellules de Purkinje de souris éveillées" Farzaneh Najafi, Andrea Giovannucci, Samuel SH Wang, Javier F Medina.
9. "Amélioration sensorielle des signaux de calcium dans les dendrites individuelles de cellules de Purkinje de souris éveillées" Farzaneh Naja, Andrea Giovannucci, Samuel S.-H. Wang, Javier F. Medina
10. "Cervelet en temps réel: Un modèle de réseau de spiking à grande échelle du cervelet qui fonctionne en temps réel en utilisant une unité de traitement graphique" Tadashi Yamazakia, Jun Igarashib
11. "La causalité directe entre les activités des cellules de Purkinje et l'apprentissage moteur révélée par une interface cerebellum-machine utilisant le paradigme d'adaptation VOR" Hirata Y, Katagiri K, Tanaka Y.
12. "Les plans d'action de manipulation de l'apprentissage du robot par" regarder "des vidéos sans contrainte du World Wide Web" Yezhou Yang, Li Yi, Cornelia Fermuller, Yiannis Aloimonos

Si vous souhaitez en savoir plus sur le cervelet en termes simples, s'il vous plaît consulter mes articles précédents blog Psychology Today :

• "Comment les cellules de Purkinje dans le cervelet sont-elles liées à l'autisme?"
• "L'autisme, les cellules de Purkinje et le cervelet sont entrelacés"
• "La recherche établit un lien entre la gravité de l'autisme et les déficiences motrices"
• "Comment le cervelet est-il lié au désordre bipolaire?"
• "La taille du cervelet est-elle liée à l'intelligence humaine?"
• "La neuroscience de savoir sans savoir"
• "Zone cérébrale primitive liée à l'intelligence humaine"
• "La Mystérieuse Neuroscience de l'Apprentissage Automatique"
• "Trop de pensée cristallisée abaisse l'intelligence des fluides"
• "La neurobiologie de la grâce sous pression"
• "Comment le nerf vaginal transmet-il l'instinct au cerveau?"
• "Pourquoi est-ce que l'oubli provoque l'étouffement des athlètes?"
• "Vers un nouveau modèle Split-Brain: Cerveau Brain Down"
• "Les neuroscientifiques découvrent comment la pratique est parfaite"
• "Comment le cervelet est-il lié aux troubles du spectre autistique?"
• "Les problèmes familiaux de l'enfance peuvent freiner le développement du cerveau"
• "La neuroscience de calmer un bébé"
• "Pourquoi la danse est-elle si bonne pour votre cerveau?"
• "La neuroscience de la réussite durable de Madonna"
• "Gesturing engage les quatre hémisphères cérébraux"
• "La Neuroscience de la Superfluidité"
• "Une raison de plus pour débrancher votre téléviseur"
• "Meilleure motricité liée aux meilleurs résultats académiques"
• "La coordination main-oeil améliore les compétences cognitives et sociales"
• "La neuroscience de l'imagination"
• "La pratique seule peut-elle créer la maîtrise?"
• "Non. 1 Raison La pratique rend parfait "

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