Ricercatori mirano ad aumentare i sistemi di intelligenza artificiale con nuovi tipi di “cellule del cervello”

Un team di ricercatori con sede al MIT sta cercando di migliorare le prestazioni delle reti neurali combinandole con strutture basate su altri tipi di cellule del cervello. Il team di ricerca integrerà strutture basate su astrocyti nelle reti neurali, con l’obiettivo di consentire alle reti neurali di modificare come vengono gestigli i segnali nel corso del tempo.

Le reti neurali profonde sono ispirate alle reti neurali del cervello umano. Gli algoritmi di apprendimento per rinforzo imparano dai loro fallimenti e successi nel corso del tempo, consentendo loro di padroneggiare sfide complesse come i giochi di scacchi e Go. Tuttavia, le reti neurali profonde hanno difficoltà quando si trovano di fronte a problemi comuni che gli esseri umani devono affrontare. Qualsiasi situazione che richieda conoscenze generali non acquisite nel dominio o ambiente attuale è difficile per le reti neurali profonde da gestire.

Secondo l’Istituto Picower del MIT, il team di ricerca sta cercando di rendere le reti neurali profonde più robuste, versatili e affidabili aggiungendo un tipo di struttura basata su cellule astrocytiche alla rete neurale.

Come spiegato dal professore di neuroscienze del MIT, Mriganak Sur, l’accento sui neuroni ha portato a trascurare altri tipi di cellule del cervello, che svolgono ruoli importanti nel cervello. Sur ha spiegato che anche le reti neurali profonde più all’avanguardia possono avere difficoltà a considerare e imparare da fattori in un ambiente quando le regole/contesto non variano o il tempo è irrilevante. In tali condizioni, una rete neurale può avere difficoltà a tenere traccia delle strategie di successo nel corso del tempo, a bilanciare il trade-off tra esplorazione e sfruttamento e ad applicare ciò che ha imparato a compiti simili in un contesto diverso.

Secondo Sur, recenti evidenze suggeriscono che gli astrocyti svolgono un ruolo importante nel consentire al cervello di eseguire le suddette attività, grazie alla loro capacità di funzionare come una rete parallela che opera accanto ai neuroni. Introdurre gli astrocyti in una rete neurale consentirebbe all’intelligenza artificiale di integrare le informazioni raccolte nel corso di lunghi periodi di tempo, riconoscere situazioni simili e riutilizzare le capacità apprese e modulare le connessioni sinaptiche tra i neuroni. Gli astrocyti guidano i neuroni nella corteccia prefrontale del cervello nell’esplorare scenari e assistono le cellule nel striato nello sfruttare le situazioni, entrambi gestiti attraverso neuromodulatori chimici.

Secondo Sur, recenti evidenze suggeriscono che gli astrocyti svolgono un ruolo importante nel consentire al cervello di eseguire le suddette attività, grazie alla loro capacità di funzionare come una rete parallela che opera accanto ai neuroni. Introdurre gli astrocyti in una rete neurale consentirebbe all’intelligenza artificiale di integrare le informazioni raccolte nel corso di lunghi periodi di tempo, riconoscere situazioni simili e riutilizzare le capacità apprese e modulare le connessioni sinaptiche tra i neuroni. Gli astrocyti guidano i neuroni nella corteccia prefrontale del cervello nell’esplorare scenari e assistono le cellule nel striato nello sfruttare le situazioni, entrambi gestiti attraverso neuromodulatori chimici.

Il team di ricerca indagherà su come gli astrocyti possano aumentare le reti neurali profonde attraverso una varietà di esperimenti, ognuno condotto da specialisti diversi. I risultati sperimentali saranno utilizzati per raffinare la teoria sostenuta dal team di ricerca. I ricercatori raccoglieranno dati da esperimenti semplici su topi e umani e monitoreranno come i cambiamenti nelle regioni del cervello, gli astrocyti e i neuromodulatori influenzano le prestazioni.

Infine, Alfonso Araque e Sur monitoreranno i topi per vedere come gli astrocyti operano mentre imparano. Manipoleranno anche gli astrocyti per vedere come ciò influisce sul processo di apprendimento per rinforzo.

Come spiegato dal team nel loro progetto di finanziamento:

“La nostra ipotesi centrale è che l’interazione degli astrocyti con i neuroni e i neuromodulatori sia la fonte della potenza computazionale che consente al cervello di eseguire naturalmente l’apprendimento per rinforzo e superare molti problemi associati ai sistemi di apprendimento per rinforzo (RL) attuali.”