Investigadores buscan mejorar los sistemas de inteligencia artificial con nuevos tipos de “células cerebrales”

Un equipo de investigadores con sede en el MIT están tratando de mejorar el rendimiento de las redes neuronales combinándolas con estructuras basadas en otros tipos de células del cerebro. El equipo de investigación integrará estructuras basadas en astrocitos en las redes neuronales, con el objetivo de permitir que las redes neuronales cambien la forma en que se manejan sus señales a lo largo de diferentes escalas de tiempo.

Las redes neuronales profundas están inspiradas en las redes neuronales del cerebro humano. Los algoritmos de aprendizaje por refuerzo aprenden de sus fracasos y éxitos con el tiempo, lo que les permite dominar desafíos complejos como los juegos de ajedrez y Go. Sin embargo, las redes neuronales profundas tienen dificultades cuando se enfrentan a problemas comunes que los humanos deben manejar. Cualquier situación que requiera conocimiento general que no se haya adquirido en el dominio o entorno actual es difícil para las redes neuronales profundas.

Según el Instituto Picower del MIT, el equipo de investigación está tratando de hacer que las redes neuronales profundas sean más robustas, versátiles y confiables al agregar un tipo de estructura basada en células astrocíticas a la red neuronal.

Como explica el profesor de Neurociencia Newton en el MIT, Mriganak Sur, el énfasis en las neuronas ha llevado a que otros tipos de células cerebrales, que desempeñan papeles importantes en el cerebro, sean ignoradas. Sur explica que incluso las redes neuronales profundas de vanguardia pueden tener dificultades para considerar y aprender de factores en un entorno cuando las reglas / contexto no varían o el tiempo es irrelevante. En tales condiciones, una red neuronal puede tener dificultades para mantener un registro de estrategias exitosas a lo largo del tiempo, equilibrar el intercambio entre explorar y explotar, y aplicar lo que ha aprendido a tareas similares en un contexto diferente.

Según Sur, la evidencia reciente sugiere que los astrocitos desempeñan un papel importante al permitir que el cerebro realice las tareas anteriores, gracias a su capacidad para funcionar como una red paralela que opera junto a las neuronas. Introducir astrocitos en una red neuronal permitiría que la inteligencia artificial integrara la información recopilada a lo largo de escalas de tiempo largas, reconociera situaciones similares y reutilizara habilidades aprendidas, y modulara las conexiones sinápticas entre las neuronas. Los astrocitos guían a las neuronas en la corteza prefrontal del cerebro para explorar escenarios y asistir a las células en el estriado para explotar situaciones, ambas gestionadas a través de neuromoduladores químicos.

Según Sur, la evidencia reciente sugiere que los astrocitos desempeñan un papel importante al permitir que el cerebro realice las tareas anteriores, gracias a su capacidad para funcionar como una red paralela que opera junto a las neuronas. Introducir astrocitos en una red neuronal permitiría que la inteligencia artificial integrara la información recopilada a lo largo de escalas de tiempo largas, reconociera situaciones similares y reutilizara habilidades aprendidas, y modulara las conexiones sinápticas entre las neuronas. Los astrocitos guían a las neuronas en la corteza prefrontal del cerebro para explorar escenarios y asistir a las células en el estriado para explotar situaciones, ambas gestionadas a través de neuromoduladores químicos.

El equipo de investigación investigará cómo los astrocitos pueden mejorar las redes neuronales profundas a través de una variedad de experimentos, cada uno realizado por diferentes especialistas. Los resultados experimentales se utilizarán para refinar la teoría mantenida por el equipo de investigación. Los investigadores recopilarán datos de experimentos simples en ratones y humanos y monitorearán cómo los cambios en las regiones del cerebro, los astrocitos y los neuromoduladores afectan el rendimiento.

Finalmente, Alfonso Araque y Sur monitorearán a los ratones para ver cómo operan los astrocitos mientras aprenden. También manipularán los astrocitos para ver cómo afecta el proceso de aprendizaje por refuerzo.

Como explica el equipo en su subvención:

“Nuestra hipótesis central es que la interacción de los astrocitos con las neuronas y los neuromoduladores es la fuente de la capacidad computacional que permite al cerebro realizar de forma natural el aprendizaje por recompensa y superar muchos problemas asociados con los sistemas de aprendizaje por refuerzo (RL) de vanguardia”.