Tutkijat pyrkivät parantamaan tekoälyjärjestelmiä uusilla “aivisolujen” tyypeillä

Tutkijaryhmä MIT:stä pyrkii parantamaan neuroverkkojen suorituskykyä yhdistämällä ne muiden aivisolujen rakenteisiin. Tutkimusryhmä integroi astrocyyttisoluja neuroverkkoihin, pyrkien siihen, että neuroverkot voivat muuttaa signaalejaan eri aikaskaaloissa.

Syvät neuroverkot ovat innoittaneet ihmisaivojen neuroverkoista. Vahvistusoppimisalgoritmit oppivat virheistään ja onnistumisistaan ajan myötä, mahdollistaen niiden hallitsemisen monimutkaisia haasteita, kuten shakki- ja go-pelejä. Kuitenkin syvät neuroverkot kohtaavat vaikeuksia, kun ne kohtaavat yleisiä ongelmia, joita ihmiset joutuvat kohtaamaan. Mitkä tahansa tilanteet, jotka vaativat yleistietoa, jota ei ole hankittu nykyisessä domainissa tai ympäristössä, ovat vaikeita syville neuroverkoille.

MIT:n Picower-instituutin mukaan tutkimusryhmä pyrkii tekemään syvistä neuroverkoista kestävämmät, monipuolisemmat ja luotettavammat lisäämällä astrocyyttisoluja neuroverkkoon.

MIT:n neurotieteen Newton-professori Mriganak Sur selitti, että painopiste hermosoluissa on johtanut siihen, että muut aivolisätyypit, jotka ovat tärkeitä aivojen toiminnassa, on jätetty huomiotta. Sur selitti, että nykyisinkin jopa kehittyneimmät syvät neuroverkot voivat kamppailla tekijöiden kanssa ympäristössä, kun säännöt/ehtoja ei muuteta tai aika on merkityksetön. Sellaisissa olosuhteissa neuroverkko voi kamppailla onnistuneiden strategioiden seuraamisen kanssa ajan myötä, tasapainon etsimisen ja oppimisen soveltamisessa samankaltaisiin tehtäviin eri kontekstissa.

Surin mukaan viimeaikaiset tutkimukset osoittavat, että astrocyytit ovat tärkeitä aivojen suorittamisessa edellä mainituissa tehtävissä, kiitos heidän kykynsä toimia rinnakkaisena verkostona hermosolujen rinnalla. Astrocyyttien lisääminen neuroverkkoon mahdollistaisi tekoälylle integroida tietoa eri aikaskaaloissa, tunnistaa samankaltaisia tilanteita ja uudelleenohjata oppimia kykyjä, ja säätää hermosolujen välistä synaptista yhteyttä. Astrocyytit ohjaavat hermosoluja aivokuoren etuosassa tutkimaan skenaarioita ja avustavat soluja striatumissa hyödyntämään tilanteita, molemmat ohjataan kemiallisten neuromodulaattorien avulla.

Surin mukaan viimeaikaiset tutkimukset osoittavat, että astrocyytit ovat tärkeitä aivojen suorittamisessa edellä mainituissa tehtävissä, kiitos heidän kykynsä toimia rinnakkaisena verkostona hermosolujen rinnalla. Astrocyyttien lisääminen neuroverkkoon mahdollistaisi tekoälylle integroida tietoa eri aikaskaaloissa, tunnistaa samankaltaisia tilanteita ja uudelleenohjata oppimia kykyjä, ja säätää hermosolujen välistä synaptista yhteyttä. Astrocyytit ohjaavat hermosoluja aivokuoren etuosassa tutkimaan skenaarioita ja avustavat soluja striatumissa hyödyntämään tilanteita, molemmat ohjataan kemiallisten neuromodulaattorien avulla.

Tutkimusryhmä tutkii, miten astrocyytit voivat parantaa syviä neuroverkkoja useiden eri asiantuntijoiden suorittamien kokeiden avulla. Kokeiden tuloksia käytetään teorian jalostamiseen. Tutkijat keräävät tietoa yksinkertaisista kokeista sekä hiiristä että ihmisistä ja seuraavat, miten aivokuorion, astrocyyttien ja neuromodulaattorien muutokset vaikuttavat suorituskykyyn.

Lopulta Alfonso Araque ja Sur seuraavat hiiriä, jotta he voivat nähdä, miten astrocyytit toimivat, kun ne oppivat. He myös manipuloivat astrocyyttejä, jotta he voivat nähdä, miten se vaikuttaa vahvistusoppimisen prosessiin.

Kuten selitetään tutkimusryhmän myöntämisessä:

“Meidän keskeinen hypoteesimme on, että astrocyyttien ja hermosolujen sekä neuromodulaattorien välinen vuorovaikutus on laskennallisen tehokkuuden lähde, joka mahdollistaa aivojen suorittaa luonnollisesti palkkio-oppimista ja voittaa monia ongelmia, jotka liittyvät nykyaikaisiin vahvistusoppimisen (RL) järjestelmiin.”