Cercetători de la Universitatea Illinois au identificat dovezi care ar putea schimba modul în care oamenii de știință înțeleg atât creierul, cât și inteligența artificială. Rezultatele lor indică faptul că procesul decizional debutează în creier cu mult înainte de momentul propus de teoriile tradiționale, deschizând noi perspective pentru proiectarea unor sisteme de IA mai performante și considerabil mai eficiente din punct de vedere energetic.
Coordonată de Yurii Vlasov, profesor de inginerie electrică și informatică la Facultatea de Inginerie Grainger, cercetarea a fost publicată în jurnalul științific Proceedings of the National Academy of Science (PNAS). Studiul scoate în evidență un rol neașteptat al regiunilor senzoriale timpurii ale creierului în luarea deciziilor și contestă viziunea acceptată de multă vreme, potrivit căreia deciziile se formează abia după ce informația parcurge o ierarhie strictă a regiunilor cerebrale.
Ce parte a creierului ia deciziile? De ce modelul clasic este regândit
Creierul uman este considerat pe scară largă cea mai complexă structură din Universul cunoscut. Oamenii de știință încă nu îi înțeleg pe deplin funcționarea, iar din acest motiv ingineria inversă a creierului a fost identificată în 2008 de Academia Națională de Inginerie din SUA drept una dintre cele 14 mari provocări ale ingineriei în secolul XXI.
De ce contează, de fapt, această descoperire?
Până acum, știința privea creierul ca pe o corporație cu o ierarhie rigidă: simțurile (ochii, urechile, pielea) doar adunau date brute pe care le trimiteau „șefului” din cortexul frontal, singurul capabil să ia decizia finală. Noul studiu spulberă acest mit. În realitate, deciziile se iau pe loc, din prima fracțiune de secundă, printr-o conversație fulgerătoare între toate regiunile creierului.
Așa și? Dacă inginerii reușesc să copieze acest mecanism biologic, inteligența artificială a viitorului va suferi o revoluție absolută. În loc de servere gigantice care consumă cantități colosale de electricitate pentru a procesa o simplă comandă, vom avea dispozitive inteligente capabile să „gândească” instantaneu și autonom. Ar fi trecerea de la mașinării greoaie la sisteme care imită eficiența uluitoare a creierului uman — un supercomputer infinit de complex, care funcționează cu energia unui simplu bec de 20 de wați.
Timp de decenii, numeroase sisteme de inteligență artificială, printre care și rețelele neuronale convoluționale, s-au inspirat din ideea că informația este prelucrată de creier într-o secvență unidirecțională. Conform acestui model tradițional, semnalele senzoriale urcă prin regiuni cerebrale tot mai complexe până ajung la cortexul frontal, acolo unde se iau deciziile.
Vlasov și alți cercetători au pus însă tot mai insistent sub semnul întrebării dacă această imagine este completă.
Ei explorează, în schimb, un model întemeiat pe inteligența naturală, șlefuită de evoluție de-a lungul a sute de milioane de ani. În acest cadru, creierul nu se bazează exclusiv pe un flux de informații pas cu pas: procesul decizional depinde și de bucle de feedback interconectate, care permit informației să circule în ambele direcții între regiunile cerebrale.
Întrucât inteligența biologică duce la bun sfârșit sarcini remarcabil de complexe cu un consum de energie mult mai redus decât cel al sistemelor actuale de IA, înțelegerea acestei arhitecturi ar putea orienta dezvoltarea viitoarei inteligențe artificiale.
„Vrem să învățăm din un miliard de ani de evoluție. Cum este organizată din punct de vedere arhitectural această inteligență biologică? Putem învăța din aspectul arhitectural al creierului și să îl imităm pentru a face IA mai eficientă, mai puțin consumatoare de energie și mai inteligentă decât este în prezent? La nivelul luării deciziilor, tocmai aici prezintă deficiențe IA actuală.”, a spus Vlasov, conform Science Daily.
Regiunile cerebrale timpurii prezintă activitate legată de luarea deciziilor
Pentru a înțelege cum se desfășoară aceste procese, echipa de cercetare s-a concentrat asupra primelor etape ale procesării senzoriale și ale percepției din creier.
Cercetătorii au înregistrat activitatea neuronală a unor șoareci în timp ce aceștia străbăteau un coridor de realitate virtuală și luau decizii perceptive. Au descoperit dovezi ale unei activități asociate procesului decizional în cortexul somatosenzorial primar (S1), una dintre cele mai timpurii zone de procesare senzorială ale creierului (regiunea responsabilă cu procesarea senzațiilor tactile, precum atingerea sau temperatura).
În loc să transmită pur și simplu informația mai departe, S1 părea să fie influențat de regiunile superioare ale creierului prin bucle de feedback. Această reglare de sus în jos sugerează că luarea deciziilor presupune o comunicare continuă între mai multe zone cerebrale, și nu un simplu flux unidirecțional de informații.
„Codul neuronal al creierului rămâne în mare parte o limbă necunoscută. Dar această înțelegere la nivel de sistem poate fi privită ca un impact potențial asupra modului în care pot fi construite rețele neuronale artificiale mai eficiente – asupra modului în care poate fi concepută următoarea generație de IA. Poate că, cu aceste analogii pe care le învățăm de la creierele reale, putem îmbunătăți și mai mult IA.”, a spus Vlasov.
Ce ar putea însemna aceste descoperiri pentru viitorul IA
Cercetătorii subliniază că studiul nu propune un model concret pentru construirea unei inteligențe artificiale mai bune. El oferă, în schimb, perspective noi asupra modului în care creierul își organizează procesul decizional — perspective care ar putea inspira, în cele din urmă, viitoarele arhitecturi de IA.
În etapele următoare, Vlasov și echipa sa își propun să analizeze mai în detaliu sincronizarea acestor semnale cerebrale. În plus, ei intenționează să dezvolte noi tehnologii de măsurare a activității neuronale, pentru a înțelege mai bine cum apar buclele de feedback și cum coordonează acestea diferitele niveluri de procesare cerebrală.
„Analizând dinamica temporală rapidă a activității neuronale, poate vom putea înțelege mai bine modul în care aceste bucle de feedback sunt implicate în luarea deciziilor. Poate că aceasta este abordarea care ar putea dezvălui aceste mecanisme necunoscute în prezent – modul în care aceste bucle de feedback sunt organizate dinamic și cum ele formează și modelează diferite niveluri de procesare. Poate că acest lucru poate fi implementat în noi arhitecturi pentru IA.”, a spus Vlasov.
Până când aceste noi arhitecturi de IA vor deveni realitate, studiul publicat în jurnalul științific PNAS ne reamintește că evoluția biologică rămâne, deocamdată, cel mai avansat sistem de operare din univers.
Ce s-a mai descoperit în Știință?
Oamenii care par buni vânători-culegători sunt preferați ca prieteni, arată un studiu
O grăsime alimentară obișnuită poate favoriza diabetul de tip 2, în timp ce alta ajută la combaterea lui
De ce aceeași leziune a ADN-ului provoacă cancer doar la unele persoane — genele moștenite ar putea explica diferența
Un nou aliaj, de până la 10 ori mai rezistent decât oțelul, se îndoaie în loc să crape. Care este utilitatea sa
