Investigação de modelos comportamentais de ratos por meio de algoritmos genéticos

Abstract

Agradeço primeiramente a meu orientador, Prof. Tinós, por todos os ensinamentos, a ajuda e a confiança. Foi muito bom trabalhar com você. Espero que o doutorado seja o início de várias colaborações científicas futuras. Agradeçoà CAPES pelo suporte financeiro.

Robôs Evolutivos para a Investigação do Comportamento de Ratos no Teste de Campo Aberto

“…sendo n o número de passos de tempo do rato virtual no campo aberto (iterações); a t a ação tomada pelo robô no instante de tempo t; s t a leitura dos sensores (s t1 ,...,s t6 ); m t o vetor onde são armazenadas as búltimas leituras dos sensores; b o tamanho do vetor de memória; r(a t , s t , m t ) a recompensa, queé igual a 1 se a açãoé andar para frente e z < h(s t , m t ), e 0 caso contrário; z um número aleatório com distribuição uniforme no intervalo [0,1]; h(s t , m t ) a variável que assume valor 1 se a leitura atual dos sensores não se igualaà nenhuma das leituras armazenadas em m t e h(s t , m t ) = 1 − γ/g(s t , m t ), caso contrário; γ uma constante escolhida no intervalo [0,1]; g(s t , m t ) a posição no vetor onde s t se iguala a m t [i], para alguma posição i; p(s t ) a punição.É igual a -1 se l < k(s t ), e 0, caso contrário, sendo l um número aleatório com distribuição uniforme no intervalo [0,1]; k(s t ) a variável que pode assumir valores entre α e α/7, de acordo com a equação: k(s t ) = α/(q + 1), onde qé o número de sensores ativados na leitura s t ; α uma constante escolhida no intervalo [0,1]; β o parâmetro que controla a importância relativa de cada um dos dois termos conflitantes da função de fitness. A função de fitness foi adaptada de [Costa 2015], onde o rato virtual foi desenvolvido para o LCE.…”

“…Os experimentos com animais são burocraticamente restritos e podem trazer sofrimento para os roedores, que muitas vezes são mortos após os experimentos. Nesse contexto, a utilização de modelos computacionaisé uma alternativa válida para auxiliar o estudo de modelos comportamentais [Salum et al 2000], [Miranda et al 2009], [Tejada et al 2010], [Costa 2015]. A criação de um modelo computacional para o rato permite também que os efeitos de drogas sejam testados por meio de simulações de um rato virtual, com comportamentos semelhantes ao do rato real.…”

“…No primeiro modelo [Shimo et al 2010], dados obtidos em experimentos com ratos reais são utilizados para o treinamento da rede neural que controla o rato virtual. No segundo modelo computacional [Costa 2015], utiliza-se um modelo comportamental baseado no conflito entre medo e exploração [Montgomery 1955] para o projeto do rato virtual, que neste casoé simulado. Dados dos ratos reais são utilizados apenas para validação do rato virtual.…”

“…Dados dos ratos reais são utilizados apenas para validação do rato virtual. Apesar dos resultados interessantes em [Costa 2015], modelos virtuais de organismos biológicos podem sofrer uma séria restrição: as interações entre o ser vivo e o ambiente são, em geral, difíceis de serem simuladas devido ao enorme número de variáveis envolvidas. Como alternativa, robôs autônomos podem servir como uma importante ferramenta para o desenvolvimento e teste de modelos de comportamentos, de habilidades cognitivas e de modelos evolutivos de organismos vivos [Webb 2001].…”

“…Assim, este trabalho teve como objetivo principal propor uma metodologia para o desenvolvimento de ratos virtuais baseados em robôs evolutivos para o teste de campo aberto. Tendo como base o trabalho desenvolvido em [Costa 2015] para ratos virtuais no LCE, o agente artificialé controlado por uma rede neural recorrente com pesos otimizados por um AG. Outra contribuição deste trabalhoé a utilização de redes neurais recorrentes do tipo Echo State Network (ESN) [Jaeger and Haas 2004] otimizadas por AGs para o controle do rato virtual.…”