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 acestora 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 sunt procesate semnalele pe diferite scale de timp.

Rețelele neuronale profunde sunt inspirate de rețelele neuronale ale creierului uman. Algoritmii de învățare prin întărire învață din greșelile 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.

Așa cum a explicat Newton, profesor de neuroștiințe 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 se schimbă sau când timpul este irelevant. În astfel de condiții, o rețea neuronală poate avea dificultăți în a-și păstra strategiile de succes în timp, a echilibra compromisul între explorare și exploatare și 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 scară lungă de timp, să recunoască situații similare și să reutilizeze abilitățile învățate, și să moduleze conexiunile sinaptice între neuroni. Astrocitele ghidează neuronii din cortexul prefrontal al creierului să exploreze scenarii și să asiste celulele din striatum în exploatarea situațiilor, 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 scară lungă de timp, să recunoască situații similare și să reutilizeze abilitățile învățate, și să moduleze conexiunile sinaptice între neuroni. Astrocitele ghidează neuronii din cortexul prefrontal al creierului să exploreze scenarii și să asiste celulele din striatum în exploatarea situațiilor, 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 din experimente simple efectuate la șoareci și oameni și vor monitoriza modul în care modificările în 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.

Așa cum a explicat echipa în grantul lor:

“Ipoteza noastră centrală este că interacțiunea dintre astrocite, 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 cu sistemele de învățare prin întărire de ultimă generație.”