Umělé neuronové sítě modelované podle lidského mozku mohou provádět kognitivní úkoly

Nová studie z McGill University popisuje, jak umělá inteligence (AI) sítě modelované podle lidského mozku mohou efektivně provádět kognitivní úkoly.

Výzkum byl zveřejněn v časopise Nature Machine Intelligence 9. srpna.

Rekonstrukce vzoru mozkové konektivity

Tým výzkumníků nejprve prozkoumal MRI data z velké otevřené vědecké repozitáře a poté rekonstruoval vzor mozkové konektivity. Tento vzor mozkové konektivity byl poté aplikován na umělou neuronovou síť (ANN), která je výpočetním systémem, který funguje podobně jako biologický mozek.

ANN byla trénována týmem výzkumníků z The Neuro (Montreal Neurological Institute-Hospital) a Quebec Artificial Intelligence Institute a naučila se provádět kognitivní úkoly paměti. Tým pozoroval ANN, jak pracovala na dokončení úkolu.

Existují dva hlavní faktory, které činí tento přístup výjimečným ve srovnání s předchozími pracemi o mozkové konektivitě nebo konektomice. Předchozí práce se často soustředily na popis mozkové organizace bez ohledu na to, jak provádí výpočty a funkce. Na druhé straně tradiční ANNs spoléhají na libovolné struktury, které přesně nepředstavují organizaci skutečných mozkových sítí.

S novým přístupem výzkumníci integrovali mozkovou konektivitu do konstrukce architektur ANN, o kterých se domnívali, že by mohly poskytnout vhled do toho, jak mozková konektivita podporuje specifické kognitivní dovednosti. Chtěli také odvodit nové designové principy pro umělou síť.

Zjištění týmu

Tým zjistil, že ANNs s mozkovou konektivitou, nebo neuromorfní neuronové sítě, prováděly kognitivní úkoly paměti s větší flexibilitou a efektivitou než jiné architektury. Neuromorfní neuronové sítě byly schopny používat stejnou základní architekturu pro širokou škálu učebních schopností, které se rozprostírají přes různé kontexty.

Bratislav Misic je výzkumník z The Neuro a hlavní autor výzkumu.

“Projekt sjednocuje dvě živé a rychlé vědecké disciplíny,” říká Misic. “Neurověda a AI sdílejí společné kořeny, ale nedávno se rozdělily. Používání umělých sítí nám pomůže pochopit, jak mozková struktura podporuje mozkové funkce. Naopak, používání empirických dat k vytvoření neuronových sítí odhalí designové principy pro stavbu lepší AI. Takže obě budou informovat a obohatí naše chápání mozku.”

Výzkum byl financován částečně z Canada First Research Excellence Fund, který byl udělen McGill University pro iniciativu Healthy Brains, Healthy Lives. Financování bylo také poskytnuto Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada, Fonds de Recherche du Québec — Santé, Canadian Institute for Advanced Research, Canada Research Chairs, Fonds de Recherche du Québec — Nature et Technologies a Centre UNIQUE (Union of Neuroscience and Artificial Intelligence).