Crédito:Lillian, Meyes &Meisen.
Uma equipe de pesquisadores do Instituto de Gerenciamento da Informação em Engenharia Mecânica da RWTH Aachen University explorou recentemente o uso de técnicas de neurociência para determinar como a informação é estruturada dentro de redes neurais artificiais (ANNs). Em seu jornal, pré-publicado no arXiv, os pesquisadores aplicaram uma técnica chamada ablação, que envolve cortar partes do cérebro para determinar sua função, em arquiteturas de rede neural.
"Nossa ideia foi inspirada em pesquisas no campo da neurociência, onde um dos principais objetivos é entender como nosso cérebro funciona, "Richard Meyes e Tobias Meisen, dois pesquisadores que realizaram o estudo disseram ao TechXplore, via email. "Muitos insights sobre as funcionalidades do cérebro foram descobertos em estudos de ablação, que é uma abordagem em que partes específicas do cérebro são cuidadosamente danificadas de maneira controlada, afetando a capacidade do cérebro de realizar tarefas diárias, como a geração de fala, ou movimento. "
O objetivo do estudo realizado por Meyes, Meisen e seu colega Peter Lillian deveriam examinar as RNAs de uma perspectiva biológica, avaliar sua estrutura e a função de seus diferentes componentes. Eles decidiram fazer isso usando ablação, uma técnica empregada na pesquisa em neurociência por mais de duzentos anos.
Essencialmente, a ablação consiste em remover ou destruir seletivamente o tecido em áreas específicas do cérebro, com o único propósito de observar os efeitos comportamentais desses danos e, assim, compreender melhor a função dessas áreas. A ablação já foi aplicada às RNAs em vários estudos, mas esses estudos se concentraram principalmente em ajustar as camadas da rede e mudar sua estrutura, portanto, assemelha-se mais a pesquisas de parâmetros do que à ablação biológica.
Crédito:Lillian, Meyes &Meisen.
Em seu estudo, os pesquisadores desejavam danificar áreas de RNAs e observar como isso afetava seu desempenho. Em última análise, eles desejavam usar essas observações para comparar a organização das redes neurais artificiais com a das biológicas.
"A ideia por trás das ablações para redes neurais artificiais (RNAs) é simples, "Meyes e Meisen explicaram." Primeiro, treinamos uma rede para realizar uma tarefa específica, por exemplo. para reconhecer dígitos escritos à mão. Segundo, cortamos uma pequena parte da rede e avaliamos como o desempenho da rede muda devido aos danos causados. Terceiro, determinamos se existe uma relação entre a localização da parte danificada e o efeito que teve no desempenho da rede. Por aqui, descobrimos que habilidades específicas da rede, por exemplo. para realizar movimentos para a frente do robô controlado, são representados localmente e podem ser destruídos propositalmente. "
Ao fazer a ablação de RNAs treinados para navegar em um loop de arame e examinar como essas intervenções afetaram sua produção, os pesquisadores reuniram uma série de descobertas interessantes, sugerindo que existem de fato ligações e semelhanças entre redes artificiais e biológicas. Essas semelhanças estão relacionadas a como as redes se organizam e como armazenam informações.
À medida que cada grupo de ablação é removido, a saída sem esse grupo é salva. Depois de ablacionar cada grupo, os pesquisadores acabaram com uma lista de saídas mostrando como a rede muda quando suas partes são removidas. Apenas um grupo é submetido a ablação por vez. Crédito:Lillian, Meyes &Meisen.
"Nossa descoberta mais interessante é a observação de que o desempenho de uma rede danificada geralmente diminui, embora habilidades muito específicas da rede, por exemplo. para reconhecer um dígito específico, pode ser aprimorado danificando peças específicas, "Meyes e Meisen disseram." Nosso estudo sugere que o desempenho de uma rede neural pode ser aumentado danificando-a cuidadosamente nas regiões certas. Além disso, nosso estudo implica que a aplicação de métodos neurocientíficos para RNAs pode abrir novas perspectivas na compreensão da inteligência artificial. "
Apesar dos resultados fascinantes obtidos por Meyes, Meisen e Lillian, seu estudo teve várias limitações e foi apenas um primeiro passo no exame das conexões entre as redes neurais biológicas e artificiais. Por exemplo, seus experimentos eram limitados pelo uso de aprendizagem por reforço e contavam com um modelo treinado roboticamente, em tempo real. Pesquisas futuras podem examinar as semelhanças entre RNAs e redes cerebrais com mais detalhes e em escalas maiores.
Os resultados de ablação de uma rede típica (como sua saída mudou) para uma imagem - o método usado pelos pesquisadores combina cada grupo de ablação com suas contrapartes nos outros ensaios. Esses dados fazem parte do espaço de ação expandido. Os pesquisadores omitiram a ação longitudinal devido ao seu valor altamente constante. Crédito:Lillian, Meyes &Meisen.
"Agora planejamos continuar explorando nossa ideia geral de conduzir pesquisas inspiradas na neurociência em RNAs, "Meyes e Meisen disseram." Um dos nossos próximos passos será visualizar a atividade em RNAs, assim como a atividade cerebral pode ser visualizada com métodos de imagem como fMRI. Nosso objetivo é tornar o processo de tomada de decisão em RNAs mais transparente e obter uma nova perspectiva sobre IA em geral. "
© 2018 Science X Network
