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

Une équipe de chercheurs basée au MIT vise à améliorer les performances des réseaux neuronaux 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 neuronaux, dans le but de permettre aux réseaux neuronaux de modifier la façon dont leurs signaux sont traités dans le temps.

Les réseaux neuronaux profonds sont inspirés des réseaux neuronaux 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 neuronaux profonds ont des difficultés lorsqu’ils rencontrent des problèmes courants que les humains doivent gérer. Toute situation qui nécessite des connaissances générales non acquises dans le domaine ou l’environnement actuel est difficile pour les réseaux neuronaux profonds à gérer.

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

Comme l’explique Newton, professeur de neurosciences au MIT, M. Mriganak Sur, l’accent mis sur les neurones a conduit à ignorer d’autres types de cellules du cerveau, qui jouent des rôles importants dans le cerveau. Sur a expliqué que même les réseaux neuronaux profonds les plus avancés peuvent avoir du mal à considérer et à apprendre de 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 neuronal peut avoir du mal à suivre les 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 neuronal 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, les deux étant 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 neuronal 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, les deux étant gérées par des neuromodulateurs chimiques.

L’équipe de recherche étudiera comment les astrocytes peuvent améliorer les réseaux neuronaux profonds à travers une variété d’expériences, chacune menée par des spécialistes différents. Les résultats expérimentaux seront utilisés pour affiner la théorie détenue par 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 lorsqu’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 renforcement et de surmonter de nombreux problèmes associés aux systèmes d’apprentissage par renforcement (RL) actuels.”