Les chercheurs visent à améliorer les systèmes d’IA avec de nouveaux types de “cellules cérébrales”

Une équipe de chercheurs basée au MIT vise à améliorer les performances des réseaux de neurones en les combinant avec des structures basées sur d’autres types de cellules du cerveau. L’équipe de recherche intégrera des structures basées sur les astrocytes dans les réseaux de neurones, dans le but de permettre aux réseaux de neurones de modifier la façon dont les signaux sont traités dans le temps.

Les réseaux de neurones profonds sont inspirés des réseaux de neurones du cerveau humain. Les algorithmes d’apprentissage par renforcement apprennent de leurs échecs et de leurs réussites au fil du temps, leur permettant de maîtriser des défis complexes comme les jeux d’échecs et de Go. Cependant, les réseaux de neurones profonds ont des difficultés lorsqu’ils rencontrent des problèmes courants auxquels les humains doivent faire face. Toute situation qui nécessite des connaissances générales non acquises dans le domaine ou l’environnement actuel est difficile pour les réseaux de neurones profonds à gérer.

Selon l’Institut Picower du MIT, l’équipe de recherche vise à rendre les réseaux de neurones profonds plus robustes, plus polyvalents et plus fiables en ajoutant un type de structure basée sur les cellules astrocytes au réseau de neurones.

Comme l’explique Newton, professeur de neurosciences au MIT, Mriganak Sur, l’accent mis sur les neurones a conduit à ignorer d’autres types de cellules cérébrales, qui jouent des rôles importants dans le cerveau. Sur a expliqué que même les réseaux de neurones profonds les plus avancés peuvent avoir du mal à considérer et à apprendre des facteurs dans un environnement lorsque les règles / le contexte ne varient pas ou que le temps est sans importance. Dans de telles conditions, un réseau de neurones peut avoir du mal à conserver des stratégies réussies dans le temps, à équilibrer le compromis entre exploration et exploitation, et à appliquer ce qu’il a appris à des tâches similaires dans un contexte différent.

Selon Sur, des preuves récentes suggèrent que les astrocytes jouent un rôle important pour permettre au cerveau de réaliser les tâches ci-dessus, grâce à leur capacité à fonctionner comme un réseau parallèle opérant aux côtés des neurones. L’introduction d’astrocytes dans un réseau de neurones permettrait à l’IA d’intégrer les informations collectées sur de longues échelles de temps, de reconnaître des situations similaires et de réutiliser des capacités apprises, et de moduler les connexions synaptiques entre les neurones. Les astrocytes guident les neurones dans le cortex préfrontal du cerveau pour explorer des scénarios et aident les cellules dans le striatum à exploiter des situations, toutes deux gérées par des neuromodulateurs chimiques.

Selon Sur, des preuves récentes suggèrent que les astrocytes jouent un rôle important pour permettre au cerveau de réaliser les tâches ci-dessus, grâce à leur capacité à fonctionner comme un réseau parallèle opérant aux côtés des neurones. L’introduction d’astrocytes dans un réseau de neurones permettrait à l’IA d’intégrer les informations collectées sur de longues échelles de temps, de reconnaître des situations similaires et de réutiliser des capacités apprises, et de moduler les connexions synaptiques entre les neurones. Les astrocytes guident les neurones dans le cortex préfrontal du cerveau pour explorer des scénarios et aident les cellules dans le striatum à exploiter des situations, toutes deux gérées par des neuromodulateurs chimiques.

L’équipe de recherche étudiera comment les astrocytes peuvent améliorer les réseaux de neurones profonds à travers une variété d’expériences, chacune menée par des spécialistes différents. Les résultats expérimentaux seront utilisés pour affiner la théorie de l’équipe de recherche. Les chercheurs collecteront des données à partir d’expériences simples chez les souris et les humains et surveilleront comment les changements dans les régions du cerveau, les astrocytes et les neuromodulateurs affectent les performances.

Enfin, Alfonso Araque et Sur surveilleront les souris pour voir comment les astrocytes fonctionnent pendant qu’elles apprennent. Ils manipuleront également les astrocytes pour voir comment cela affecte le processus d’apprentissage par renforcement.

Comme l’explique l’équipe dans leur subvention :

“Notre hypothèse centrale est que l’interaction des astrocytes avec les neurones et les neuromodulateurs est la source de la puissance de calcul qui permet au cerveau de réaliser naturellement l’apprentissage par récompense et de surmonter de nombreux problèmes associés aux systèmes d’apprentissage par renforcement (RL) les plus avancés.”