Ερευνητές Στόχος να Βελτιώσουν τα Συστήματα AI με Νέους Τύπους “Νευρικών Κυττάρων”

Một ομάδα ερευνητών με έδρα το MIT στοχεύουν να βελτιώσουν την απόδοση των νευρωνικών δικτύων συνδυάζοντάς τα με δομές βασισμένες σε άλλα είδη κυττάρων στον εγκέφαλο. Η ερευνητική ομάδα θα ενσωματώνει δομές βασισμένες σε αστροκύτταρα σε νευρωνικά δίκτυα, με στόχο να επιτρέψουν στα νευρωνικά δίκτυα να αλλάξουν τον τρόπο με τον οποίο αντιμετωπίζουν τα σήματα τους σε διαφορετικές χρονικές κλίμακες.

Τα βαθιά νευρωνικά δίκτυα εμπνέονται από τα νευρωνικά δίκτυα του ανθρώπινου εγκεφάλου. Οι αλγόριθμοι ενισχυτικής μάθησης μαθαίνουν από τις αποτυχίες και τις επιτυχίες τους με την πάροδο του χρόνου, επιτρέποντάς τους να εξειδικευτούν σε σύνθετα προβλήματα όπως τα παιχνίδια Σκακιού και Γκο. Ωστόσο, τα βαθιά νευρωνικά δίκτυα έχουν δυσκολία όταν αντιμετωπίζουν κοινά προβλήματα που αντιμετωπίζουν οι άνθρωποι. Κάθε κατάσταση που απαιτεί γενικές γνώσεις που δεν έχουν αποκτηθεί στην τρέχουσα περιοχή ή περιβάλλον είναι δύσκολο για τα βαθιά νευρωνικά δίκτυα να αντιμετωπίσουν.

Σύμφωνα με το Ινστιτούτο Picower του MIT, η ερευνητική ομάδα στοχεύει να κάνει τα βαθιά νευρωνικά δίκτυα πιο ανθεκτικά, ποικίλα και αξιόπιστα προσθέτοντας einen τύπο δομής βασισμένης σε αστροκύτταρα στο νευρωνικό δίκτυο.

Όπως εξήγησε ο καθηγητής Νεύρολογίας στο MIT, Mriganak Sur, η έμφαση στα νευρικά κύτταρα έχει οδηγήσει σε άλλα είδη κυττάρων του εγκεφάλου, τα οποία играють σημαντικό ρόλο στον εγκέφαλο, να αγνοηθούν. Ο Sur εξήγησε ότι ngay cả τα πιο προηγμένα βαθιά νευρωνικά δίκτυα possono να παλέψουν να λάβουν υπόψη και να μάθουν από παράγοντες σε ένα περιβάλλον όταν οι κανόνες/παράμετροι δεν ποικίλλουν ή ο χρόνος είναι αμελητέος. Σε τέτοιες συνθήκες, ένα νευρωνικό δίκτυο μπορεί να παλέψει για να διατηρήσει τις επιτυχημένες στρατηγικές με την πάροδο του χρόνου, να ισορροπήσει την ανταλλαγή εξερεύνησης/εκμετάλλευσης και να εφαρμόσει ό,τι έχει μάθει σε παρόμοια καθήκοντα σε διαφορετικό контέκστ.

Σύμφωνα με τον Sur, πρόσφατες ενδείξεις δείχνουν ότι τα αστροκύτταρα παίζουν σημαντικό ρόλο στην ενεργοποίηση του εγκεφάλου να εκτελέσει τις παραπάνω εργασίες, χάρη στην ικανότητά τους να λειτουργούν ως παράλληλο δίκτυο που λειτουργεί παράλληλα με τα νευρικά κύτταρα. Η εισαγωγή αστροκυττάρων σε ένα νευρωνικό δίκτυο θα επέτρεπε στο AI να ενσωματώσει πληροφορίες που συλλέγονται σε μακρές χρονικές κλίμακες, να αναγνωρίσει παρόμοιες καταστάσεις και να επαναχρησιμοποιήσει τις μάθειες ικανότητες, και να ρυθμίσει τις συνάψεις μεταξύ νευρώνων. Τα αστροκύτταρα οδηγούν τα νευρικά κύτταρα στον προμετωπιαίο φλοιό του εγκεφάλου να εξερευνήσουν σενάρια και να βοηθήσουν τα κύτταρα στον στριάτο να εκμεταλλευτούν καταστάσεις, και τα δύο διαχειρίζονται μέσω χημικών νευρο调節τών.

Σύμφωνα με τον Sur, πρόσφατες ενδείξεις δείχνουν ότι τα αστροκύτταρα παίζουν σημαντικό ρόλο στην ενεργοποίηση του εγκεφάλου να εκτελέσει τις παραπάνω εργασίες, χάρη στην ικανότητά τους να λειτουργούν ως παράλληλο δίκτυο που λειτουργεί παράλληλα με τα νευρικά κύτταρα. Η εισαγωγή αστροκυττάρων σε ένα νευρωνικό δίκτυο θα επέτρεψε στο AI να ενσωματώσει πληροφορίες που συλλέγονται σε μακρές χρονικές κλίμακες, να αναγνωρίσει παρόμοιες καταστάσεις και να επαναχρησιμοποιήσει τις μάθειες ικανότητες, και να ρυθμίσει τις συνάψεις μεταξύ νευρώνων. Τα αστροκύτταρα οδηγούν τα νευρικά κύτταρα στον προμετωπιαίο φλοιό του εγκεφάλου να εξερευνήσουν σενάρια και να βοηθήσουν τα κύτταρα στον στριάτο να εκμεταλλευτούν καταστάσεις, και τα δύο διαχειρίζονται μέσω χημικών νευρο调節τών.

Η ερευνητική ομάδα θα ερευνήσει πώς τα αστροκύτταρα μπορούν να αυξήσουν τα βαθιά νευρωνικά δίκτυα μέσω μιας ποικιλίας πειραμάτων, κάθε ένα από τα οποία θα διεξαχθεί από διαφορετικούς ειδικούς. Τα πειραματικά αποτελέσματα θα χρησιμοποιηθούν για να βελτιώσουν τη θεωρία που κατέχει η ερευνητική ομάδα. Οι ερευνητές θα συλλέξουν δεδομένα από απλά πειράματα σε ποντίκια και ανθρώπους και θα παρακολουθήσουν πώς οι αλλαγές στις περιοχές του εγκεφάλου, τα αστροκύτταρα και οι νευρο调節τές επηρεάζουν την απόδοση.

Τέλος, ο Alfonso Araque και ο Sur θα παρακολουθήσουν τα ποντίκια για να δουν πώς τα αστροκύτταρα λειτουργούν ενώ μαθαίνουν. Θα χειριστούν επίσης τα αστροκύτταρα για να δουν πώς επηρεάζει τη διαδικασία της ενισχυτικής μάθησης.

Όπως εξήγησε η ομάδα στην έγκριση της χορηγίας:

“Η κεντρική μας υπόθεση είναι ότι η αλληλεπίδραση των αστροκυττάρων με τα νευρικά κύτταρα και τους νευρο调節τές είναι η πηγή της υπολογιστικής ικανότητας που επιτρέπει στον εγκέφαλο να εκτελεί φυσικά την ανταμοιβή της μάθησης και να υπερνικά πολλά προβλήματα που σχετίζονται με τα συστήματα ενισχυτικής μάθησης (RL) της τελευταίας τεχνολογίας.”