Onderzoekers streven ernaar AI-systemen te verbeteren 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 die zijn gebaseerd op andere typen hersencellen. Het onderzoeksteam zal structuren op basis van astrocyten integreren in neurale netwerken, met als doel neurale netwerken te laten verschuiven hoe hun signalen over tijdschalen worden behandeld.

Diepe neurale netwerken zijn geïnspireerd op de neurale netwerken van het menselijk brein. Reinforcement-leeralgoritmen leren van hun mislukkingen en successen in de loop van de tijd, waardoor ze complexe uitdagingen zoals de spellen Chess and Go aankunnen. Diepe neurale netwerken hebben echter moeite wanneer ze veelvoorkomende problemen tegenkomen waar mensen mee te maken hebben. Elke situatie die algemene kennis vereist die niet is opgedaan in het huidige domein of de huidige omgeving, is moeilijk te hanteren voor diepe neurale netwerken.

Dat meldt het Picower Institute van het MIT, streeft het onderzoeksteam ernaar om diepe neurale netwerken robuuster, veelzijdiger en betrouwbaarder te maken door een type structuur op basis van astrocytencellen aan het neurale netwerk toe te voegen.

Zoals uitgelegd door Newton Professor of Neuroscience aan het MIT, Mriganak Sur, heeft de nadruk op neuronen ertoe geleid dat andere soorten hersencellen, die een belangrijke rol spelen in de hersenen, worden genegeerd. Sur legde uit dat zelfs state-of-the-art diepe neurale netwerken op dit moment moeilijk kunnen zijn om rekening te houden met en te leren van factoren in een omgeving waarin de regels/context niet variëren of tijd niet relevant is. Onder dergelijke omstandigheden kan een neuraal netwerk moeite hebben met het bijhouden van succesvolle strategieën in de loop van de tijd, het balanceren van de afweging tussen verkennen en exploiteren en het toepassen van wat het heeft geleerd op vergelijkbare taken in een andere context.

Volgens Sur suggereert recent bewijs dat astrocyten een belangrijke rol spelen bij het in staat stellen van de hersenen om de bovengenoemde taken uit te voeren, dankzij hun vermogen om te functioneren als een parallel netwerk dat naast de neuronen opereert. Door astrocyten in een neuraal netwerk te introduceren, zou de AI informatie die over lange tijdschalen is verzameld, kunnen integreren, vergelijkbare situaties kunnen herkennen en aangeleerde vaardigheden opnieuw kunnen gebruiken, en de synaptische verbindingen tussen neuronen kunnen moduleren. Astrocyten begeleiden neuronen in de prefrontale cortex van de hersenen om scenario's te verkennen en helpen cellen in het striatum bij het exploiteren van situaties, beide beheerd door chemische neuromodulatoren.

Volgens Sur suggereert recent bewijs dat astrocyten een belangrijke rol spelen bij het in staat stellen van de hersenen om de bovengenoemde taken uit te voeren, dankzij hun vermogen om te functioneren als een parallel netwerk dat samenwerkt met de neuronen. Door astrocyten in een neuraal netwerk te introduceren, zou de AI informatie kunnen integreren die over lange tijdschalen is verzameld, vergelijkbare situaties herkennen en aangeleerde vaardigheden hergebruiken, en de synaptische verbindingen tussen neuronen moduleren. Astrocyten begeleiden neuronen in de prefrontale cortex van de hersenen om scenario's te verkennen en helpen cellen in het striatum bij het exploiteren van situaties, beide beheerd door chemische neuromodulatoren.

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

Ten slotte zullen Alfonso Araque en Sur muizen monitoren om te zien hoe astrocyten werken terwijl ze leren. Ze zullen ook de astrocyten manipuleren om te zien hoe dat van invloed is op het proces van versterkend leren.

Zoals uitgelegd door het team in hun subsidie:

"Onze centrale hypothese is dat interactie van astrocyten met neuronen en neuromodulatoren de bron is van computationele bekwaamheid die de hersenen in staat stelt om op natuurlijke wijze beloningsleren uit te voeren en veel problemen te overwinnen die verband houden met ultramoderne systemen voor leerversterking (RL)."