I ricercatori si prefissano di migliorare i sistemi di intelligenza artificiale con nuovi tipi di “cellule del cervello”

Un team di ricercatori con sede al MIT si prefissa 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 astrocite nelle reti neurali, con l’obiettivo di far sì che le reti neurali possano modificare il modo in cui 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, permettendo 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 si prefissa di rendere le reti neurali profonde più robuste, versatili e affidabili aggiungendo un tipo di struttura basata su cellule astrocite alle reti neurali.

Come spiegato dal professor di neuroscienze del MIT, Mriganak Sur, l’accento sulle cellule nervose 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 avanzate possono avere difficoltà a considerare e imparare da fattori nell’ambiente quando le regole o il 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 le astrocite 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 alle cellule nervose. Introdurre le astrocite in una rete neurale permetterebbe all’intelligenza artificiale di integrare le informazioni raccolte nel corso di lunghi periodi di tempo, di riconoscere situazioni simili e di riutilizzare le capacità apprese e di modularizzare le connessioni sinaptiche tra le cellule nervose. Le astrocite guidano le cellule nervose nella corteccia prefrontale del cervello nell’esplorazione di scenari e assistono le cellule nello striato nell’esplotazione di situazioni, entrambe gestite attraverso neuromodulatori chimici.

Secondo Sur, recenti evidenze suggeriscono che le astrocite 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 alle cellule nervose. Introdurre le astrocite in una rete neurale permetterebbe all’intelligenza artificiale di integrare le informazioni raccolte nel corso di lunghi periodi di tempo, di riconoscere situazioni simili e di riutilizzare le capacità apprese e di modularizzare le connessioni sinaptiche tra le cellule nervose. Le astrocite guidano le cellule nervose nella corteccia prefrontale del cervello nell’esplorazione di scenari e assistono le cellule nello striato nell’esplotazione di situazioni, entrambe gestite attraverso neuromodulatori chimici.

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

Infine, Alfonso Araque e Sur monitoreranno i topi per vedere come le astrocite operano mentre imparano. Manipoleranno anche le astrocite per vedere come ciò influenzi il processo di apprendimento per rinforzo.

Come spiegato dal team nel loro progetto:

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