Onderzoekers streven naar verbetering van AI-systemen met nieuwe soorten “hersencellen”

Een team van onderzoekers aan het MIT streeft ernaar de prestaties van neurale netwerken te verbeteren door ze te combineren met structuren gebaseerd op andere soorten cellen in de hersenen. Het onderzoeksteam zal structuren gebaseerd op astrocyten in neurale netwerken integreren, met als doel neurale netwerken in staat te stellen hun signalen over tijdschalen heen te laten veranderen.

Diepe neurale netwerken zijn geïnspireerd op de neurale netwerken van de menselijke hersenen. Versterkingsalgoritmen leren van hun fouten en successen over tijd, waardoor ze complexe uitdagingen zoals schaken en Go kunnen beheersen. Echter, diepe neurale netwerken hebben moeite als ze problemen tegenkomen die mensen moeten oplossen. Elke situatie die algemene kennis vereist die niet is verkregen in het huidige domein of de omgeving is moeilijk voor diepe neurale netwerken om mee om te gaan.

Volgens het Picower Institute van MIT streeft het onderzoeksteam ernaar diepe neurale netwerken robuuster, veelzijdiger en betrouwbaarder te maken door een soort structuur gebaseerd op astrocyten aan het neurale netwerk toe te voegen.

Volgens Newton Professor of Neuroscience aan het MIT, Mriganak Sur, heeft de focus op neuronen ertoe geleid dat andere soorten hersencellen, die belangrijke rollen in de hersenen spelen, genegeerd worden. Sur legde uit dat zelfs state-of-the-art diepe neurale netwerken moeite kunnen hebben om factoren in een omgeving te overwegen en ervan te leren wanneer de regels/context niet veranderen of tijd irrelevant is. In dergelijke omstandigheden kan een neurale netwerk moeite hebben om succesvolle strategieën over tijd bij te houden, het explore/exploit-verdelingsprobleem in evenwicht te brengen en het geleerde toe te passen op soortgelijke taken in een andere context.

Volgens Sur suggereren recente bewijzen dat astrocyten een belangrijke rol spelen bij het mogelijk maken van de hersenen om bovengenoemde taken uit te voeren, dankzij hun vermogen om als een parallel netwerk naast de neuronen te functioneren. Het introduceren van astrocyten in een neurale netwerk zou de AI in staat stellen om informatie verzameld over lange tijdschalen te integreren, soortgelijke situaties te herkennen en geleerde vaardigheden opnieuw te gebruiken, en de synaptische verbindingen tussen neuronen te moduleren. Astrocyten leiden neuronen in de prefrontale cortex van de hersenen om scenario’s te verkennen en cellen in de striatum te helpen bij het exploiteren van situaties, beide gereguleerd door chemische neuromodulatoren.

Volgens Sur suggereren recente bewijzen dat astrocyten een belangrijke rol spelen bij het mogelijk maken van de hersenen om bovengenoemde taken uit te voeren, dankzij hun vermogen om als een parallel netwerk naast de neuronen te functioneren. Het introduceren van astrocyten in een neurale netwerk zou de AI in staat stellen om informatie verzameld over lange tijdschalen te integreren, soortgelijke situaties te herkennen en geleerde vaardigheden opnieuw te gebruiken, en de synaptische verbindingen tussen neuronen te moduleren. Astrocyten leiden neuronen in de prefrontale cortex van de hersenen om scenario’s te verkennen en cellen in de striatum te helpen bij het exploiteren van situaties, beide gereguleerd door chemische neuromodulatoren.

Het onderzoeksteam zal onderzoeken hoe astrocyten diepe neurale netwerken kunnen versterken door middel van een reeks experimenten, elk uitgevoerd door verschillende specialisten. Experimentele resultaten zullen worden gebruikt om de theorie van het onderzoeksteam te verfijnen. De onderzoekers zullen gegevens verzamelen uit eenvoudige experimenten bij muizen en mensen en controleren hoe veranderingen in hersengebieden, astrocyten en neuromodulatoren de prestaties beïnvloeden.

Uiteindelijk zullen Alfonso Araque en Sur muizen observeren om te zien hoe astrocyten werken terwijl ze leren. Ze zullen ook de astrocyten manipuleren om te zien hoe dit het proces van versterkingsleren beïnvloedt.

Zoals uitgelegd door het team in hun subsidie:

“Onze centrale hypothese is dat de interactie tussen astrocyten en neuronen en neuromodulatoren de bron is van de berekeningskracht die de hersenen in staat stelt om van nature beloningsleren uit te voeren en veel problemen die verband houden met state-of-the-art versterkingsleren (RL)-systemen te overwinnen.”