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Al MIT i sistemi di intelligenza artificiale con nuovi tipi di “cellule cerebrali”

I ricercatori mirano a migliorare i sistemi di intelligenza artificiale con nuovi tipi di “cellule cerebrali”
Un team di ricercatori con sede al MIT mira a migliorare le prestazioni delle reti neurali combinandole con strutture basate su altri tipi di cellule nel cervello. Il team di ricerca integrerà strutture basate sugli astrociti nelle reti neurali, con l’obiettivo di lasciare che le reti neurali cambino il modo in cui i loro segnali vengono gestiti su scale temporali.

Le reti neurali profonde si ispirano alle reti neurali del cervello umano. Gli algoritmi di apprendimento per rinforzo imparano dai loro fallimenti e successi nel tempo, consentendo loro di affrontare sfide complesse come i giochi di Chess and Go. Tuttavia, le reti neurali profonde hanno difficoltà quando incontrano problemi comuni che gli esseri umani devono affrontare. Qualsiasi situazione che richiede una conoscenza generale non acquisita nel dominio o nell’ambiente corrente è difficile da gestire per le reti neurali profonde.

Secondo il Picower Institute del MIT , il team di ricerca mira a rendere le reti neurali profonde più robuste, versatili e affidabili aggiungendo un tipo di struttura basata sulle cellule degli astrociti alla rete neurale.

Come spiegato dal professore di neuroscienze Newton al MIT, Mriganak Sur, l’enfasi sui neuroni ha portato a ignorare altri tipi di cellule cerebrali, che svolgono ruoli importanti nel cervello. Sur ha spiegato che in questo momento anche le reti neurali profonde allo stato dell’arte possono essere difficili da considerare e imparare da fattori in un ambiente in cui le regole / il contesto non variano o il tempo è irrilevante. In tali condizioni, una rete neurale può avere difficoltà a tenere traccia delle strategie di successo nel tempo, bilanciando il compromesso tra esplorazione e sfruttamento e applicando ciò che ha appreso a compiti simili in un contesto diverso.

Secondo Sur, prove recenti suggeriscono che gli astrociti svolgono un ruolo importante nel consentire a un cervello di svolgere i compiti di cui sopra, grazie alla loro capacità di funzionare come una rete parallela che opera a fianco dei neuroni. L’introduzione degli astrociti in una rete neurale consentirebbe all’intelligenza artificiale di integrare le informazioni raccolte su scale temporali lunghe, riconoscere situazioni simili e riutilizzare le abilità apprese e modulare le connessioni sinaptiche tra i neuroni. Gli astrociti guidano i neuroni nella corteccia prefrontale del cervello per esplorare scenari e assistere le cellule nello striato in situazioni di sfruttamento, entrambi gestiti attraverso neuromodulatori chimici.

Secondo Sur, prove recenti suggeriscono che gli astrociti svolgono un ruolo importante nel consentire a un cervello di svolgere i compiti di cui sopra, grazie alla loro capacità di funzionare come una rete parallela che opera a fianco dei neuroni. L’introduzione degli astrociti in una rete neurale consentirebbe all’IA di integrare le informazioni raccolte su scale temporali lunghe, riconoscere situazioni simili e riutilizzare le abilità apprese e modulare le connessioni sinaptiche tra i neuroni. Gli astrociti guidano i neuroni nella corteccia prefrontale del cervello per esplorare scenari e assistere le cellule nello striato in situazioni di sfruttamento, entrambi gestiti attraverso neuromodulatori chimici.

Il team di ricerca studierà come gli astrociti possono aumentare le reti neurali profonde attraverso una varietà di esperimenti, ciascuno condotto da diversi specialisti. I risultati sperimentali verranno utilizzati per affinare la teoria detenuta dal gruppo di ricerca. I ricercatori raccoglieranno dati da semplici esperimenti su topi e umani e monitoreranno come i cambiamenti nelle regioni del cervello, negli astrociti e nei neuromodulatori influenzano le prestazioni.

Infine, Alfonso Araque e Sur monitoreranno i topi per vedere come agiscono gli astrociti mentre imparano. Manipoleranno anche gli astrociti per vedere come questo influisce sul processo di apprendimento per rinforzo.

Come spiegato dal team nella loro borsa di studio:

“La nostra ipotesi centrale è che l’interazione degli astrociti con neuroni e neuromodulatori sia la fonte dell’abilità computazionale che consente al cervello di eseguire naturalmente l’apprendimento della ricompensa e superare molti problemi associati ai sistemi di apprendimento per rinforzo (RL) allo stato dell’arte”.

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