Искусственные нейронные сети, моделируемые на человеческом мозге, могут выполнять когнитивные задачи

Новое исследование из Университета Макгилла описывает, как искусственные нейронные сети (ИНС), моделируемые на человеческом мозге, могут выполнять когнитивные задачи эффективно.

Исследование было опубликовано в журнале Nature Machine Intelligence 9 августа.

Восстановление шаблона связности мозга

Команда исследователей сначала изучила данные МРТ из большого репозитория открытой науки, прежде чем восстановить шаблон связности мозга. Этот шаблон связности мозга затем был применен к искусственной нейронной сети (ИНС), которая представляет собой вычислительную систему, работающую подобно биологическому мозгу.

ИНС была обучена командой исследователей в The Neuro (Монреальский неврологический институт-болница) и Институте искусственного интеллекта Квебека, и она научилась выполнять задачу когнитивной памяти. Команда наблюдала за ИНС, пока она работала над выполнением задачи.

Существует два основных фактора, которые делают этот подход выдающимся по сравнению с предыдущими работами по связности мозга или коннектомике. Предыдущие исследования часто включали описание организации мозга без учета того, как он выполняет вычисления и функции. С другой стороны, традиционные ИНС полагаются на произвольные структуры, которые не точно представляют собой организацию реальных сетей мозга.

С помощью нового подхода исследователи интегрировали коннектомику мозга в конструкцию архитектур ИНС, что, по их мнению, даст представление о том, как проводка мозга поддерживает конкретные когнитивные навыки. Они также стремились получить новые принципы проектирования для искусственных сетей.

Результаты команды

Команда обнаружила, что ИНС с связностью человеческого мозга, или нейроморфные нейронные сети, выполняют когнитивные задачи памяти с большей гибкостью и эффективностью, чем другие архитектуры. Нейроморфные нейронные сети были способны использовать одну и ту же основную архитектуру для широкого спектра возможностей обучения, которые распространялись по различным контекстам.

Братислав Мисич – исследователь в The Neuro и старший автор исследования.

“Проект объединяет две яркие и динамичные научные дисциплины”, – говорит Мисич. “Нейробиология и ИИ имеют общие корни, но недавно разошлись. Использование искусственных сетей поможет нам понять, как структура мозга поддерживает функцию мозга. В свою очередь, использование эмпирических данных для создания нейронных сетей откроет принципы проектирования для построения лучшего ИИ. Таким образом, они будут дополнять друг друга и обогащать наше понимание мозга.”

Исследование было частично профинансировано Фондом Канады для исследования совершенства, который был присужден Университету Макгилла для инициативы “Здоровые мозги, здоровая жизнь”. Финансирование также было предоставлено Советом по природным наукам и инженерным исследованиям Канады, Фондом исследований Квебека – Здоровье, Канадским институтом перспективных исследований, Канадскими исследовательскими стульями, Фондом исследований Квебека – Природа и технологии, и Центром UNIQUE (Союз нейробиологии и искусственного интеллекта).