Изследователи разработват компютърен алгоритъм, вдъхновен от обонятелната система на бозайници

Изследователи от университета Корнел са създали компютърен алгоритъм, вдъхновен от обонятелната система на бозайниците. Учените отдавна търсят обяснения как бозайниците учат и разпознават миризмите. Новият алгоритъм дава представа за работата на мозъка и прилагането му към компютърен чип му позволява бързо и надеждно да научава модели по-добре от настоящите модели за машинно обучение. 

Томас Клеланд е професор по психология и старши автор на изследването, озаглавено „Бързо обучение и стабилно припомняне в невроморфна обонятелна верига“, Публикувано в Интелигентност на машината на природата на март 16.

„Това е резултат от повече от десетилетие изучаване на схемите на обонятелната луковица при гризачи и опити да разберем по същество как работи, с поглед към нещата, които знаем, че животните могат да правят, но нашите машини не могат“, каза Клеланд. 

„Сега знаем достатъчно, за да работим. Ние изградихме този изчислителен модел въз основа на тази схема, ръководени до голяма степен от неща, които знаем за свързаността и динамиката на биологичните системи,” продължи той. „Тогава казваме, че ако беше така, това щеше да работи. И интересната част е, че наистина работи.

Компютърен чип Intel

Клеланд се присъедини от съавтора Набил Имам, изследовател в Intel, и заедно те приложиха алгоритъма към компютърен чип на Intel. Чипът се нарича Loihi и е невроморфен, което означава, че е вдъхновен от функциите на мозъка. Чипът има цифрови схеми, които имитират начина, по който невроните учат и комуникират. 

Чипът Loihi разчита на паралелни ядра, които комуникират чрез отделни шипове и всеки един от тези шипове има ефект, който може да се променя в зависимост от местната активност. Това изисква различни стратегии за проектиране на алгоритъм от това, което се използва в съществуващите компютърни чипове. 

Чрез използването на невроморфни компютърни чипове, машините биха могли да работят хиляди пъти по-бързо от централните или графичните процесори на компютъра при идентифициране на модели и изпълнение на определени задачи. 

Изследователският чип Loihi може също да изпълнява определени алгоритми, като използва около хиляда пъти по-малко енергия от традиционните методи. Това е много подходящо за алгоритъма, който може да приема входни модели от различни сензори, да научава модели бързо и последователно и да идентифицира всеки от значимите модели дори при силна сензорна намеса. Алгоритъмът е в състояние успешно да идентифицира миризми и може да го направи, когато моделът е с удивителните 80% различен от модела, първоначално научен от компютъра. 

„Моделът на сигнала е значително унищожен“, каза Клеланд, „и въпреки това системата е в състояние да го възстанови.“

Мозъкът на бозайниците

Мозъкът на бозайника е в състояние да идентифицира и запомня миризмите изключително добре и може да има хиляди обонятелни рецептори и сложни невронни мрежи, работещи за анализиране на моделите, свързани с миризмите. Едно от нещата, които бозайниците могат да правят по-добре от системите с изкуствен интелект, е да запазят това, което са научили, дори след като има нови знания. При подходите за дълбоко обучение мрежата трябва да бъде представена с всичко наведнъж, тъй като новата информация може да повлияе или дори да унищожи това, което системата е научила преди това. 

„Когато научите нещо, то постоянно диференцира невроните“, каза Клеланд. „Когато научите една миризма, интерневроните са обучени да реагират на определени конфигурации, така че получавате тази сегрегация на ниво интерневрони. Така че от страна на машината ние просто подобряваме това и начертаваме твърда линия.“

Клеланд говори за това как екипът е измислил нови експериментални подходи. 

„Когато започнете да изучавате биологичен процес, който става по-сложен и сложен, отколкото можете просто да интуитивно представите, трябва да дисциплинирате ума си с компютърен модел“, каза той. „Не можеш да си проправиш път през него. И това ни доведе до редица нови експериментални подходи и идеи, които не бихме измислили просто като ги погледнем.“