研究者は新しいタイプの「脳細胞」を使用してAIシステムを強化することを目指しています

MITを拠点とする研究者チームは、神経ネットワークに他のタイプの脳細胞に基づいた構造を組み合わせることで、神経ネットワークの性能を強化することを目指しています。研究チームは、神経ネットワークにアストロサイトに基づいた構造を統合し、神経ネットワークが時間の経過に伴って信号を処理する方法を変更できるようにすることを目指しています。

ディープニューラルネットワークは、人間の脳の神経ネットワークにインスパイアされています。強化学習アルゴリズムは、時間の経過に伴って成功と失敗から学習し、チェスや囲碁などの複雑な課題をマスターすることができます。しかし、ディープニューラルネットワークは、人間が直面する一般的な問題に遭遇すると苦労します。現在のドメインまたは環境で獲得していない一般的な知識を必要とする状況は、ディープニューラルネットワークにとって難しい課題です。

MITのピコワー研究所によると、研究チームは、アストロサイト細胞に基づいた構造を神経ネットワークに追加することで、ディープニューラルネットワークをより強固で、多様で、信頼性の高いものにすることを目指しています。

MITのニューロサイエンスのニュートン教授であるMriganak Surによると、神経細胞への重点が他の重要な役割を果たす脳細胞を無視することにつながっています。Surは、現在の最先端のディープニューラルネットワークでも、環境の要因や時間の経過に伴う変化を考慮して学習することが難しいと説明しています。そうした状況では、神経ネットワークは、時間の経過に伴って成功した戦略を追跡すること、探索と利用のトレードオフをバランスさせること、学習したことを別の状況で適用することが苦労します。

Surによると、最近の証拠は、アストロサイトが上記のタスクを実行するために脳を可能にする上で重要な役割を果たしていることを示唆しています。アストロサイトは、神経細胞と並行して動作する並行ネットワークとして機能する能力があります。アストロサイトを神経ネットワークに導入することで、AIは長時間スケールで収集された情報を統合し、似た状況を認識し、学習した能力を再利用し、神経細胞間のシナプス接続を調節することができます。アストロサイトは、脳の前頭葉で神経細胞をシナリオの探索に導き、線条体の細胞を状況の利用に導きます。これらはすべて、化学的な神経調節因子を介して管理されています。

Surによると、最近の証拠は、アストロサイトが上記のタスクを実行するために脳を可能にする上で重要な役割を果たしていることを示唆しています。アストロサイトは、神経細胞と並行して動作する並行ネットワークとして機能する能力があります。アストロサイトを神経ネットワークに導入することで、AIは長時間スケールで収集された情報を統合し、似た状況を認識し、学習した能力を再利用し、神経細胞間のシナプス接続を調節することができます。アストロサイトは、脳の前頭葉で神経細胞をシナリオの探索に導き、線条体の細胞を状況の利用に導きます。これらはすべて、化学的な神経調節因子を介して管理されています。

研究チームは、さまざまな実験を通じて、アストロサイトがディープニューラルネットワークをどのように強化できるかを調査します。実験結果は、研究チームが持っている理論を洗練するために使用されます。研究者は、人間とマウスの両方でシンプルな実験からデータを収集し、脳領域、アストロサイト、神経調節因子の変化がパフォーマンスに与える影響を監視します。

最後に、Alfonso AraqueとSurは、マウスを観察して、アストロサイトがどのように学習するかを確認します。彼らはまた、アストロサイトを操作して、強化学習のプロセスにどのような影響が及ぶかを確認します。

研究チームによると、彼らのグラントでは:

「アストロサイト、神経細胞、神経調節因子の相互作用が、脳が報酬学習を自然に実行し、最先端の強化学習システムに関連する多くの問題を克服できるようにする計算能力の源である」と仮説しています。