В лаборатории Университета Тохоку (Япония) вырастили искусственный мозг, способный улучшать обработку хронологических данных с помощью концепции «вычисления резервуара».
Мозг человека — одна из самых сложных и сильных систем, известных сейчас. Миллиарды связанных между собой нейронов позволяют ему обработать массу информации в режиме реального времени, давая возможность воспринимать мир и управлять своими поступками.
Исключительная способность к обработке информации побудила ученых исследовать механизмы работы мозга. В недавнем исследовании изучались возможности обработки хронологических данных с помощью искусственного мозга, то есть органоидов, состоящих из нейронов, выращенных из клеток коры головного мозга крыс. Результаты исследования опубликованы в журнале… (PNAS).
Мозговая структура человека: модульное устройство для обработки сложной информации.
Мозг, шедевр эволюции, обладает сложной, упорядоченной структурой, дающей возможность выполнять разнообразные когнитивные задачи.
Ключевой особенностью этой архитектуры является модульность. Мозг устроен как множество взаимосвязанных модулей, где нейроны группируются по функциям, например, управлению телом.
Модульная организация позволяет органу эффективно выполнять разные задачи: сенсорное восприятие, двигательный контроль и высшие когнитивные процессы. Каждый модуль вносит определенный вклад в обработку информации, создавая сложную взаимозависимую нейронную сеть. Такая структура мозга является одним из ключевых элементов, которые увлекают исследователей и вдохновляют на создание инновационных систем искусственного интеллекта.
Вычислительные резервуары: перспективный метод работы с временными данными.
Метод вычислений, основанный на функционировании человеческого мозга, назван резервными вычислениями, был использован в ходе исследования. Его основа — «резервуар» из взаимосвязанных узлов, имитирующих взаимодействие нейронов. Резервуар преобразует входные сигналы в более сложное и абстрактное представление.
В проекте применяли технику декодирования ответов нейронов искусственного мозга, выращенного в лаборатории. Исследователи сначала попытались записать активность искусственного мозга с помощью флуоресцентной визуализации кальция и оптогенетики — управления клеточной активностью светом. Затем резервуарные расчеты помогли проанализировать полученные ответы нейронов, выявляя закономерности и характеристики в данных, связанных с способностью искусственного мозга классифицировать временные ряды, например, распознавать произнесенные числа.
Многообещающие результаты
Исследование показало впечатляющие результаты. Искусственный мозг умел хранить информацию в течение нескольких сотен миллисекунд, что позволяло ему справляться с задачами по классификации временных рядов.
Учёные обнаружили положительную корреляцию между уровнем модульности и качеством классификации. Это указывает на важность модульной структуры для обработки информации искусственным мозгом.
Также искусственный мозг показал умение фильтровать информацию и оптимизировать работу по классификации.
Исследование помогло учёным глубже понять когнитивные процессы, связанные с обработкой информации. Также оно открыло путь для создания новых вычислительных устройств, в том числе процессоров, работающих по принципу резервуарных вычислений и использующих биологические нейроны.