Cercetătorii își propun să îmbunătățească sistemele de inteligență artificială cu noi tipuri de “celule creier”

O echipă de cercetători de la MIT își propune să îmbunătățească performanța rețelelor neuronale prin combinarea lor cu structuri bazate pe alte tipuri de celule din creier. Echipa de cercetare va integra structuri bazate pe astrocite în rețelele neuronale, cu scopul de a permite rețelelor neuronale să-și modifice modul în care semnalele sunt procesate pe diferite scale de timp.

Rețelele neuronale profunde sunt inspirate din rețelele neuronale ale creierului uman. Algoritmii de învățare prin întărire învață din eșecurile și succesele lor în timp, permițându-le să stăpânească provocări complexe, cum ar fi jocurile de șah și Go. Cu toate acestea, rețelele neuronale profunde au dificultăți atunci când se confruntă cu probleme comune cu care oamenii trebuie să se confrunte. Orice situație care necesită cunoștințe generale, care nu au fost dobândite în domeniul sau mediul curent, sunt dificile pentru rețelele neuronale profunde.

Conform Institutului Picower de la MIT, echipa de cercetare își propune să facă rețelele neuronale profunde mai robuste, mai versatile și mai fiabile prin adăugarea unei structuri bazate pe celulele astrocite la rețeaua neuronală.

După cum explică profesorul Newton de neuroștiințe de la MIT, Mriganak Sur, accentul pe neuroni a condus la ignorarea altor tipuri de celule din creier, care joacă roluri importante în creier. Sur a explicat că, chiar și rețelele neuronale profunde de ultimă generație, pot avea dificultăți în a considera și a învăța din factorii din mediu, atunci când regulile sau contextul nu variază sau când timpul este irelevant. În astfel de condiții, o rețea neuronală poate avea dificultăți în a urmări strategiile de succes în timp, în a echilibra compromisul explorare-exploatere și în a aplica ceea ce a învățat la sarcini similare într-un context diferit.

Conform lui Sur, dovezi recente sugerează că astrocitele joacă un rol important în permiterea creierului să efectueze sarcinile de mai sus, datorită capacității lor de a funcționa ca o rețea paralelă care funcționează alături de neuroni. Introducerea astrocitelor într-o rețea neuronală ar permite inteligenței artificiale să integreze informații colectate pe scale de timp lung, să recunoască situații similare și să reutilizeze capacități învățate, și să moduleze conexiunile sinaptice dintre neuroni. Astrocitele ghidează neuronii din cortexul prefrontal al creierului să exploreze scenarii și să ajute celulele din striatum să exploateze situații, ambele gestionate prin neuromodulatori chimici.

Conform lui Sur, dovezi recente sugerează că astrocitele joacă un rol important în permiterea creierului să efectueze sarcinile de mai sus, datorită capacității lor de a funcționa ca o rețea paralelă care funcționează alături de neuroni. Introducerea astrocitelor într-o rețea neuronală ar permite inteligenței artificiale să integreze informații colectate pe scale de timp lung, să recunoască situații similare și să reutilizeze capacități învățate, și să moduleze conexiunile sinaptice dintre neuroni. Astrocitele ghidează neuronii din cortexul prefrontal al creierului să exploreze scenarii și să ajute celulele din striatum să exploateze situații, ambele gestionate prin neuromodulatori chimici.

Echipa de cercetare va investiga modul în care astrocitele pot îmbunătăți rețelele neuronale profunde prin intermediul unor experimente diverse, fiecare efectuat de specialiști diferiți. Rezultatele experimentale vor fi utilizate pentru a rafina teoria susținută de echipa de cercetare. Cercetătorii vor colecta date de la experimente simple efectuate pe șoareci și oameni și vor monitoriza modul în care modificările din regiunile creierului, astrocitele și neuromodulatorii afectează performanța.

În final, Alfonso Araque și Sur vor monitoriza șoarecii pentru a vedea cum funcționează astrocitele în timp ce învață. De asemenea, vor manipula astrocitele pentru a vedea cum afectează procesul de învățare prin întărire.

După cum explică echipa în grantul lor:

“Ipoteza noastră centrală este că interacțiunea dintre astrocite și neuroni și neuromodulatori este sursa puterii de calcul care permite creierului să efectueze în mod natural învățarea prin recompensă și să depășească multe dintre problemele asociate sistemelor de învățare prin întărire de ultimă generație (RL)”.