Künstliche Intelligenz
Forscher zielen darauf ab, KI-Systeme mit neuen Arten von “Hirnzellen” zu verbessern
Ein Team von Forschern an der MIT zielt darauf ab, die Leistung von neuronalen Netzen zu verbessern, indem sie diese mit Strukturen kombinieren, die auf anderen Arten von Zellen im Gehirn basieren. Das Forschungsteam wird Strukturen basierend auf Astrozyten in neuronale Netze integrieren, um neuronale Netze zu ermöglichen, wie sie ihre Signale über Zeitskalen hinweg verarbeiten.
Tiefe neuronale Netze sind von den neuronalen Netzen des menschlichen Gehirns inspiriert. Verstärkungs-Lernalgorithmen lernen aus ihren Fehlern und Erfolgen über die Zeit, um komplexe Herausforderungen wie die Spiele Schach und Go zu meistern. Allerdings haben tiefe neuronale Netze Schwierigkeiten, wenn sie auf alltägliche Probleme stoßen, mit denen Menschen umgehen müssen. Jede Situation, die allgemeines Wissen erfordert, das nicht im aktuellen Bereich oder in der aktuellen Umgebung erworben wurde, ist für tiefe neuronale Netze schwierig zu bewältigen.
Laut dem Picower Institute der MIT, zielt das Forschungsteam darauf ab, tiefe neuronale Netze robuster, vielseitiger und zuverlässiger zu machen, indem es eine Art von Struktur basierend auf Astrozytenzellen in das neuronale Netz hinzufügt.
Wie von Newton Professor of Neuroscience an der MIT, Mriganak Sur, erklärt, hat die Konzentration auf Neuronen dazu geführt, dass andere Arten von Hirnzellen, die wichtige Rollen im Gehirn spielen, ignoriert werden. Sur erklärte, dass selbst state-of-the-art tiefe neuronale Netze Schwierigkeiten haben, Faktoren in einer Umgebung zu berücksichtigen und daraus zu lernen, wenn die Regeln/Kontext nicht variieren oder die Zeit irrelevant ist. In solchen Bedingungen kann ein neuronales Netz Schwierigkeiten haben, erfolgreiche Strategien über die Zeit zu verfolgen, das Explore/Exploit-Trade-off auszugleichen und das Gelernte auf ähnliche Aufgaben in einem anderen Kontext anzuwenden.
Laut Sur deuten aktuelle Beweise darauf hin, dass Astrozyten eine wichtige Rolle bei der Ermöglichung spielen, dass das Gehirn die oben genannten Aufgaben ausführt, dank ihrer Fähigkeit, als paralleles Netzwerk neben den Neuronen zu fungieren. Die Einführung von Astrozyten in ein neuronales Netz würde es der KI ermöglichen, Informationen zu integrieren, die über lange Zeitskalen gesammelt wurden, ähnliche Situationen zu erkennen und gelernte Fähigkeiten wiederzuverwenden, und die synaptischen Verbindungen zwischen Neuronen zu modulieren. Astrozyten leiten Neuronen im präfrontalen Kortex des Gehirns an, Szenarien zu erkunden, und unterstützen Zellen im Striatum bei der Ausnutzung von Situationen, beides wird durch chemische Neuromodulatoren gesteuert.
Laut Sur deuten aktuelle Beweise darauf hin, dass Astrozyten eine wichtige Rolle bei der Ermöglichung spielen, dass das Gehirn die oben genannten Aufgaben ausführt, dank ihrer Fähigkeit, als paralleles Netzwerk neben den Neuronen zu fungieren. Die Einführung von Astrozyten in ein neuronales Netz würde es der KI ermöglichen, Informationen zu integrieren, die über lange Zeitskalen gesammelt wurden, ähnliche Situationen zu erkennen und gelernte Fähigkeiten wiederzuverwenden, und die synaptischen Verbindungen zwischen Neuronen zu modulieren. Astrozyten leiten Neuronen im präfrontalen Kortex des Gehirns an, Szenarien zu erkunden, und unterstützen Zellen im Striatum bei der Ausnutzung von Situationen, beides wird durch chemische Neuromodulatoren gesteuert.
Das Forschungsteam wird untersuchen, wie Astrozyten tiefe neuronale Netze durch eine Vielzahl von Experimenten verbessern können, die von verschiedenen Spezialisten durchgeführt werden. Die experimentellen Ergebnisse werden verwendet, um die Theorie des Forschungsteams zu verfeinern. Die Forscher werden Daten aus einfachen Experimenten an Mäusen und Menschen sammeln und beobachten, wie Änderungen in Gehirnregionen, Astrozyten und Neuromodulatoren die Leistung beeinflussen.
Schließlich werden Alfonso Araque und Sur Mäuse beobachten, um zu sehen, wie Astrozyten während des Lernens funktionieren. Sie werden auch die Astrozyten manipulieren, um zu sehen, wie sich dies auf den Prozess des Verstärkungslernens auswirkt.
Wie vom Team in ihrem Antrag erklärt:
“Unsere zentrale Hypothese ist, dass die Interaktion von Astrozyten mit Neuronen und Neuromodulatoren die Quelle der Rechenleistung ist, die es dem Gehirn ermöglicht, natürlicherweise Belohnungslernen zu erzielen und viele Probleme zu überwinden, die mit state-of-the-art Verstärkungslernalgorithmen (RL-Systemen) verbunden sind.”
