El cerebelo tiene muchas pistas para crear robots humanoides

Cuando visualizas a alguien moviéndose como un robot, ¿qué imágenes te vienen a la mente? La falta de fluidez y la coordinación marcada por movimientos incómodos y espasmódicos son características cliché de los movimientos robóticos. Curiosamente, todos estos rasgos están relacionados con enfermedades o déficits en el cerebelo humano que es responsable de coordinar los movimientos musculares ajustados, el equilibrio, la postura y mucho, mucho más.

Estereotípicamente, un robot se mueve y habla como si sufriera de ataxia , que es la falta de control muscular durante los movimientos voluntarios, como caminar, agarrar y recoger objetos. El cerebelo está directamente relacionado con la ataxia, que también puede afectar la fluidez del habla, los movimientos oculares y la deglución.

El cerebro, que es la casa de la corteza prefrontal y el asiento de la función ejecutiva, posee un conocimiento explícito muy bien. El cerebelo, que es la casa de las neuronas de Purkinje y el asiento de la memoria muscular, posee un conocimiento implícito y cosas que aprendemos a hacer a través del ensayo y error, la repetición y la práctica, la práctica y la práctica.

He estado investigando el cerebelo por más de una década. Desde mi punto de vista, parece obvio que el secreto para crear robots "sin ataxia" radica en la aplicación de las funciones del cerebelo a la robótica de inteligencia artificial avanzada (IA).

• ¿Durará su relación? ¡Luchemos sobre eso y veamos!
• Hacer frente a las tragedias a gran escala
• Lo que se requiere para una vida feliz
• La verdad sobre el alivio del dolor
• Soporte de cuestiones sensoriales: una sesión de preguntas y respuestas con Lindsey Biel

Un robot con un cerebelo en pleno funcionamiento podría moverse con fluidez, mantenerse equilibrado y ser propioceptivo. También podría pensar, comunicarse socialmente, aprender implícitamente y tener independencia sensoriomotriz. Creo que un robot humanoide con un "cerebro" que representara tanto el cerebro como el cerebelo podría convertirse en un androide inteligente.

Una breve historia del cerebelo

Aristóteles (384-322 aC) es el primer escritor conocido que describe el cerebelo como "cerebro de la nariz" y el cerebro como el encéfalo. En 1504, Leonardo da Vinci realizó moldes de cera en el cerebro humano y acuñó el término "cerebelo", que en latín significa "cerebro pequeño". El "cerebro" o "cerebro grande" descansa sobre el cerebelo, que está prolijamente escondido debajo del cerebro.

• Ayudando a los niños a través de las transiciones
• Cómo aplicar la limpieza de primavera a tu cuerpo, mente y alma
• Grupo de asesinos en serie y coleccionistas de Murderabilia
• 6 formas de recuperar tu fanfarronada
• Una conexión delicada

El cerebelo es solo el 10 por ciento del volumen del cerebro, pero contiene más del 50 por ciento de las neuronas totales de su cerebro. Sobre la base de esta distribución desproporcionada de neuronas, mi padre, Richard Bergland, que era neurocientífico, neurocirujano y autor de The Fabric of Mind, siempre dijo: "No sabemos exactamente qué está haciendo el cerebelo, pero sea lo que sea lo que está haciendo, es haciendo mucho de eso ".

A lo largo de la historia, el cerebelo ha permanecido misterioso y bajo el radar de la mayoría de los neurocientíficos. A fines de la década de 1960 y comienzos de la década de 1970 hubo un aumento del interés en el cerebelo liderado por personas como David Marr, John Eccles y James Albus (que eran los pares de mi padre) … pero el interés en el cerebelo disminuyó durante la última parte del 20 siglo.

Afortunadamente, el interés neurocientífico en el cerebelo está teniendo un renacimiento y ganando impulso. En los últimos meses, ha habido un hito en los descubrimientos revolucionarios sobre el cerebelo. Este es un momento muy emocionante para investigar sobre el cerebelo.

El cerebelo podría tomar el escenario central en el futuro cercano

Aunque he tenido mis antenas para estudios sobre el cerebelo durante décadas, la vertiginosa velocidad de los hallazgos recientes me ha dejado dando vueltas. En la conferencia 2014 de Society of Neuroscience, celebrada en noviembre pasado, el cerebelo parecía tener una gran tendencia. Solo en el último año, se publicaron cuatro estudios diferentes que relacionan el cerebelo con los trastornos del espectro autista (TEA).

Según el vínculo reciente entre el cerebelo y el autismo, parece que los mismos síntomas de TEA, como la dificultad para usar las habilidades de comunicación no verbal, el contacto visual, la interpretación de las expresiones faciales y los déficits de las habilidades motoras, pueden ser el resultado de problemas en el cerebelo.

Las personas con autismo también suelen tener problemas para interpretar los sentimientos de otra persona, o ser compasivos con el dolor y el sufrimiento de los demás. Irónicamente, los robots rudimentarios se han utilizado para ayudar a los niños con autismo a involucrarse más socialmente, según un estudio del Yale Child Study Center .

Otro estudio a principios de este año relacionó el cerebelo con trastornos bipolares. Y ahora el cerebelo se está vinculando a la robótica optimizada con interfaz cerebral. ¿Podría la clave para crear un robot sensible con sentimientos relacionarse con la creación de una estructura de cerebelo AI? Sospecho que la respuesta es sí.

Hasta hace unas semanas, no había pensado mucho sobre cómo se podría aplicar una mejor comprensión del cerebelo a la robótica o las interfaces cerebrales que coordinan el movimiento de las prótesis biónicas. Todo eso cambió recientemente cuando leí un comunicado de prensa de febrero de 2015 de Scott Frey en la Universidad de Missouri sobre su estudio que se publicó en el Journal of Cognitive Neuroscience .

Scott Frey y yo hemos pasado un par de horas hablando por teléfono sobre su investigación. Resulta que ambos somos ex triatletas que comparten una pasión por el poder transformador de la actividad física, la neurociencia y el cerebelo.

En el comunicado de prensa sobre su descubrimiento de que el cerebelo desempeña un papel fundamental para ayudar a los sujetos a captar un objeto usando una interfaz controlada por el cerebro, Scott Frey dijo:

"Vivimos en un mundo de tecnología avanzada en el que un botón puede mover una grúa o abrir una puerta. Para las personas con discapacidades, las tecnologías de asistencia, como los brazos robóticos o los sensores insertados en el cerebro, permiten realizar acciones como apretar con un botón o directamente a través de la actividad cerebral; sin embargo, se sabe poco sobre cómo el cerebro humano se adapta a estas tecnologías. Descubrimos que el cerebro no evolucionó necesariamente para controlar los brazos robóticos modernos, sino que el cerebelo, una porción antigua de nuestro cerebro que se ha mantenido relativamente sin cambios, juega un papel vital para ayudarnos a alcanzar y captar estas herramientas, a menudo con solo entrenamiento mínimo ".

En los últimos días he desenterrado muchos otros estudios que respaldan el papel potencial que los dispositivos cerebelosos podrían desempeñar en la creación de robots y androides humanoides.

Tradicionalmente, las computadoras y la robótica de la IA se centran principalmente en los aspectos "cerebrales" de la inteligencia mantenida en el cerebro. ("Cerebellar" es la palabra hermana para cerebral y define cualquier cosa "relacionada o asociada con el cerebelo").

Lo que hace que un robot humanoide sea mucho más complejo que una computadora como "Watson" de IBM -que se llama una "computadora cognitiva" con inteligencia cerebral y puede ganar un juego como Jeopardy- es que un robot sensible necesita tener la capacidad de moverse a través del espacio y tienen la capacidad sensoriomotora para adaptarse a un entorno en constante cambio. Esta habilidad parece requerir las capacidades especiales de un cerebelo.

Durante la década de 1970, cuando Jamie Somers y Steve Austin lucharon contra los "febots" en The Bionic Woman y Six Million Dollar Man , el mayor problema que enfrentaron fue que los fembots, que eran androides humanos, eran más fuertes que cualquiera de sus parciales biónicos. prótesis. La única desventaja real que tenían los fembos era que no podían pensar por sí mismos.

La incorporación de modelos cerebelosos en el diseño de robots humanoides podría ser fundamental para crear un robot sensible que pueda sentir emociones y pensar por sí mismo.

¿Por qué estoy tan personalmente invertido en abogar por los poderes del cerebelo?

En su trabajo, mi padre estaba obsesionado con el cerebelo y el potencial de "genio cerebeloso" que consideraba que era un tipo de inteligencia que se aprendía a través de la práctica y la experiencia. Mi padre era un ávido jugador de tenis. Para ilustrar el vínculo entre el cerebro y el cerebelo, diría: "De esto estoy absolutamente seguro; convertirse en un neurocirujano fue la consecuencia directa de mi ojo para la pelota ".

El cerebelo es responsable de su Reflejo Vestibulo-Ocular (VOR) que le permite a sus ojos rastrear un objetivo mientras su cabeza se mueve en varias direcciones. Como neurocirujano, mi padre tuvo que aplicar habilidades cerebrales y cerebrales, como todo cirujano, atleta e intérprete deben.

Mientras crecía, la única vez que mi padre y yo tuvimos realmente un tiempo de calidad juntos fue en la cancha de tenis o jugando al ajedrez. Desde el principio, mi padre plantó las semillas de un modelo de cerebro dividido que implicaba la importancia de la inteligencia "cerebral" que se podía aprender de los libros y el tipo de función ejecutiva que se usa estando sentado y jugando un juego estratégico de ajedrez o tomando un prueba. Pero también notó la importancia de la "inteligencia cerebelosa".

La "inteligencia cerebelosa" se adquiere a través de ensayo y error, experiencia de vida y práctica regular en la cancha o en el campo. El cerebelo es fundamental para dominar todo tipo de atletismo. He llegado a creer que la inteligencia cerebral y cerebelar son igualmente importantes y siempre deben ir de la mano tanto en la vida como en el deporte.

Debido a la influencia de mi padre, me convertí en un campeón del cerebelo y creo que tradicionalmente ha sido infravalorado. Creo firmemente que el cerebelo desempeña un papel mucho más importante en la función cognitiva y la "inteligencia" que, hasta hace relativamente poco tiempo, la mayoría de la academia o la neurociencia parecían estar dispuestos a admitir.

Non Satis Scire: "Saber no es suficiente"

Fui a una pequeña universidad de artes liberales en Amherst, Massachusetts, llamada Hampshire College, que no tiene exámenes o calificaciones y no mira los puntajes SAT durante el proceso de admisión. Soy terrible para tomar exámenes y obtuve puntajes SAT horribles, que es la razón principal por la que fui a Hampshire. Literalmente era la única universidad que me aceptaría.

El lema de Hampshire es Non Satis Scire, que en latín significa "saber no es suficiente". Creo que, cuando se trata de la educación y la construcción de robots de IA, es importante recordar eso, de acuerdo con la proporción de neuronas entre el el cerebro y el cerebelo, y la inteligencia cerebral de sentido común son menos de la mitad de nuestra inteligencia humana que trabaja.

Como padre de un niño de 7 años, me molesta ver el énfasis y la presión que las escuelas ejercen sobre los niños a través de los Estándares Básicos Comunes y Que Ningún Niño Se Quede Atrás para tener éxito en los exámenes estandarizados y privarlos de la actividad física y las salidas creativas. el cerebelo necesita permanecer conectado al cerebro y prosperar.

Cuando escribía The Athlete's Way ( St. Martin's Press ) hace una década, creé un modelo de cerebro dividido llamado "cerebro cerebro abajo" que desafiaba las ideas convencionales de "cerebro izquierdo-derecho". En mi humilde opinión , la división saliente en el globo craneal es de norte a sur, entre el cerebro y el cerebelo. Si desea leer más acerca de este modelo de cerebro dividido, haga clic aquí para obtener una muestra gratuita de mi libro.

Desde el atletismo hasta el desarrollo infantil o la rehabilitación de un accidente cerebrovascular, poner énfasis en la armonía izquierda-derecha y arriba-abajo e interconexión de ambos hemisferios cerebrales del cerebro y ambos hemisferios del cerebelo es la clave del éxito y es la base de las teorías presentadas en The Athlete's Way.

Lógicamente, si personas de todas las edades crean hábitos diarios que optimizan la conectividad de materia blanca y el volumen de materia gris de ambos hemisferios del cerebro (cerebro superior) y cerebelo (cerebro descendente), pueden mejorar sus probabilidades de alcanzar una vida útil de mejor personal. . Esta es una prescripción simple y probada en la carretera que es la base de mi libro en progreso, titulado Superfluidez .

El cerebelo es un perdedor, y un poderoso ratón, esa onza por onza tiene un golpe tremendo. En última instancia, el genio cerebeloso puede ser más importante que la inteligencia cerebral en términos de la supervivencia de nuestra especie humana y debe tenerse en cuenta al tratar de construir androides inteligentes.

Por ejemplo, en aquellos casos en los que hay un "error inesperado" y te atrapa desprevenido un resbalón en el hielo, o casi te mueves mientras conduces tu auto, es tu cerebelo el que instantáneamente toma el control y predice y coordina cada de los complejos movimientos musculares que lo mantienen sano y salvo, incluso antes de que su cerebro tenga tiempo para pensar.

Recientemente, los investigadores de Penn identificaron cómo funciona esto en un fascinante estudio sobre las fibras trepadoras, los gránulos y las células de Purkinje, todos trabajando en conjunto con una precisión increíblemente rápida. El cerebelo tiene el trabajo agotador de mantenernos sanos y salvos, aunque en general se ha subestimado por todo lo que hace a lo largo de nuestras vidas.

Hollywood está otorgando a Robots inteligentes una facturación superior en 2015

El 6 de marzo de 2015 se abrirá en todo el país una nueva película sobre un robot inteligente llamado "Chappie". No he visto esta película todavía, pero al ver el trailer queda claro que lo que diferencia a "Chappie" de otros robots humanoides es que puede aprender a través de experiencias sensoriomotrices y parece tener tanto la "inteligencia del libro" del cerebro como la "Inteligencia de la calle" de un cerebelo.

Después de ver el trailer de Chappie, lo que más me intriga desde una perspectiva neurocientífica es que, como un humano-niño, Chappie el robot necesita pasar por el estadio clásico de desarrollo sensoriomotor de Piaget, que recientemente se ha relacionado fuertemente con el cerebelo.

Esta publicación de blog actual se disparó en los días desde que me encontré con la investigación de Scott Frey el mes pasado. He estado cavando más y más en la investigación cerebelosa reciente en un esfuerzo por conectar los puntos y con suerte comenzar un diálogo multidisciplinario sobre cómo el cerebelo puede ser fundamental para crear robots y androides inteligentes. Al final de esta publicación, he incluido una bibliografía de algunos de los artículos científicos más relevantes que encontré que abordan este punto.

Además de la investigación de Scott Frey en Missouri, un estudio diferente de febrero de 2015 parece reflejar el potencial que tiene la investigación cerebelosa para hacer cosas increíblemente buenas para la humanidad, pero también su potencial para crear una futura distopía robótica. El mes pasado, los investigadores de RIKEN en Japón informaron que podían cultivar células de Purkinje y una masa cerebelosa en un plato de Petri, utilizando células madre humanas.

En The Terminator, el cyborg de Arnold Schwarzenegger tenía un tejido vivo que cubría un endosqueleto de metal que fue diseñado para el combate. Parece posible que la inteligencia artificial futura dependa de la creación de tejido vivo artificial de un cerebro humano que podría crecer a partir de células madre en un laboratorio y adherirse a un exoesqueleto de fibra sintética y metal.

En el futuro, podemos tener androides inteligentes con tejido cerebral real que haya crecido en un laboratorio y luego conectado a un robot o android con una fuerza e inteligencia sobrehumanas. (¿Y cuáles serían los pros y los contras de inventar semejante criatura ?!)

Me pregunto qué tan lejos estamos de tener este tipo de Android híbrido convirtiéndose en realidad. No soy un escritor de ciencia ficción, pero puedo imaginar fácilmente a Isaac Asimov, Aldous Huxley, Arthur C. Clarke, Daniel H. Wilson o Philip K. Dick utilizando esta última neurociencia para escribir una novela profética.

La película Ex Machina es   un thriller de ciencia ficción, que se lanzará en todo el mundo en abril de 2015, sobre la creación de androides sensibles en un guión que probablemente pondrá el lado oscuro de AI y la neurociencia de la construcción de robots inteligentes en el centro de atención.

Ex Machina explora los complejos paisajes psicológicos creados por robots de IA que pueden pensar, amar, sentir, seducir y odiar. Algunas de las escenas de este trailer me recuerdan 2001: A Space Odyssey cuando HAL decide matar a sus creadores y se disculpa con calma por tener que aniquilar a la tripulación de la estación espacial.

Para mí, investigar y abogar por el cerebelo es obviamente muy personal. Una de las razones por las que esta publicación de blog me ha resultado difícil de escribir es que, por primera vez, veo una potencial reacción violenta para los científicos que tienen una comprensión avanzada del cerebelo. El cerebelo es tan misterioso y elusivo. Me pregunto si descifrar sus enigmas podría conducir a descubrimientos ambiguos que podrían conducir a pesadillas de IA y distopía futura.

Al escribir este blog, la "roboética" pasa a primer plano. ¿Qué responsabilidades éticas tienen los investigadores en la comunidad neurocientífica cuando se trata de la creación de robots inteligentes?

Durante los últimos años, Google ha estado adquiriendo empresas de robots como Boston Dynamics , tradicionalmente financiadas por los militares. En 2014, Google compró al menos 6 compañías de robots, y están siendo muy estrictos con sus planes de juego. ¿Cuál es la agenda de AI de Google?

Tradicionalmente, gran parte de la investigación con robots de IA ha sido subsidiada por la Oficina de Ciencias de la Defensa de DARPA y grupos como el Army Research Laboratory del Army Research Laboratory . Del lado positivo, todos los recursos federales que se vierten en el desarrollo robótico humanoide podrían mejorar la comprensión de cómo funciona el cerebro y conducir a tratamientos que mejoran las vidas de los seres humanos a lo largo de su vida. Pero esta investigación y desarrollo robótico también podría conducir a disfunciones graves.

El punto sobre el que Scott Frey y yo volvimos una y otra vez durante nuestra conversación es la importancia de esforzarnos constantemente por adaptar y aplicar estos avances en neurociencia y robótica de manera que mejoren la vida.

Mi principal esperanza es que estos estudios terminen mejorando vidas individuales -como veteranos heridos y personas con discapacidades- mientras se avanza en la humanidad y se reducen las bajas de la guerra.

Referencias: si desea profundizar en la neurociencia de este tema, a continuación encontrará enlaces a artículos recientes de revistas que encontré mientras investigaba esta publicación de blog.

1. "Agarrar con solo apretar un botón: las respuestas selectivas de agarre en el surco intraparietal anterior humano dependen de relaciones causales no arbitrarias entre los movimientos de las manos y las acciones del efector final" Frey SH, Hansen M, Marchal N.
2. "La plasticidad cerebelosa distribuida implementa componentes de memoria de escala múltiple generalizados en tareas sensoriomotoras de robot real" Claudia Casellato, Alberto Antonietti et al.
3. "Autoorganización del tejido cerebeloso polarizado en el cultivo tridimensional de células madre pluripotentes humanas" Keiko Muguruma, Ayaka Nishiyama, Kouichi Hashimoto, Yoshiki Sasai
4. "Adaptive Cerebellar Spiking Model incrustado en el lazo de control: Cambio de contexto y robustez contra el ruido" Luque, Garrido et al.
5. "Relaciones entre el volumen cerebeloso regional y la función sensitivomotora y cognitiva en adultos jóvenes y mayores" Bernard JA, Seidler RD.
6. "Participación del cerebelo en los circuitos sensoriomotores corticales para el control de los movimientos voluntarios" Rémi D. Proville, Maria Spolidoro et al
7. "La rápida convergencia del aprendizaje requiere plasticidad entre el olivo inferior y los núcleos cerebelosos profundos en una tarea de manipulación: una simulación robótica de circuito cerrado" Niceto R. Luque, Jesús A. Garrido et al.
8. "Codificación de la fuerza del estímulo a través de señales de calcio análogas en las dendritas de células de Purkinje de ratones despiertos" Farzaneh Najafi, Andrea Giovannucci, Samuel SH Wang, Javier F Medina.
9. "Mejora sensorial de las señales de calcio en las dendritas celulares Purkinje individuales de ratones despiertos" Farzaneh Naja, Andrea Giovannucci, Samuel S.-H. Wang, Javier F. Medina
10. "Cerebelo en tiempo real: un modelo de red de puntas a gran escala del cerebelo que se ejecuta en tiempo real utilizando una unidad de procesamiento de gráficos" Tadashi Yamazakia, Jun Igarashib
11. "Causalidad directa entre actividades de células de Purkinje individuales y aprendizaje motor reveladas por una interfaz cerebelo-máquina que utiliza el paradigma de adaptación de VOR" Hirata Y, Katagiri K, Tanaka Y.
12. "Robot Learning Manipulation Action Plans" Viendo "Videos sin restricciones de la World Wide Web" Yezhou Yang, Yi Li, Cornelia Fermuller, Yiannis Aloimonos

Si desea leer más sobre el cerebelo en términos laicos, consulte mis publicaciones anteriores del blog de Psychology Today :

• "¿Cómo se relacionan las células de Purkinje en el cerebelo con el autismo?"
• "El autismo, las células de Purkinje y el cerebelo están entrelazados"
• "La investigación vincula la severidad del autismo con las deficiencias de las habilidades motoras"
• "¿Cómo se relaciona el cerebelo con el trastorno bipolar?"
• "¿Está relacionado el tamaño del cerebelo con la inteligencia humana?"
• "La neurociencia de saber sin saber"
• "Área cerebral primitiva vinculada a la inteligencia humana"
• "La misteriosa neurociencia del aprendizaje de habilidades automáticas"
• "Demasiado pensamiento cristalizado reduce la inteligencia fluida"
• "La neurobiología de la gracia bajo presión"
• "¿Cómo el nervio vago transmite instintos intestinales al cerebro?"
• "¿Por qué el pensamiento excesivo hace que los atletas se ahoguen?"
• "Hacia un nuevo modelo de cerebro dividido: Up Brain-Down Brain"
• "Los neurocientíficos descubren cómo la práctica hace al maestro"
• "¿Cómo se relaciona el cerebelo con los trastornos del espectro autista?"
• "Los problemas familiares infantiles pueden obstaculizar el desarrollo cerebral"
• "La neurociencia de calmar a un bebé"
• "¿Por qué el baile es tan bueno para tu cerebro?"
• "La Neurociencia del éxito perdurable de Madonna"
• "Gesticular involucra a los cuatro hemisferios cerebrales"
• "La neurociencia de la superfluidez"
• "Una razón más para desconectar tu televisión"
• "Mejores habilidades motrices vinculadas a puntajes académicos más altos"
• "La coordinación mano-ojo mejora las habilidades cognitivas y sociales"
• "La Neurociencia de la Imaginación"
• "¿Puede practicar solo crear maestría?"
• "No. 1 razón por la cual la práctica es perfecta "

Sígueme en Twitter @ckbergland para recibir actualizaciones sobre las publicaciones del blog The Athlete's Way .

© Christopher Bergland 2015. Todos los derechos reservados.

Athlete's Way® es una marca registrada de Christopher Bergland.