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Reti neurali artificiali modellate su veri cervelli

Reti neurali artificiali modellate su veri cervelli

Un nuovo studio mostra che le reti neurali di intelligenza artificiali basate sulla connettività cerebrale umana possono eseguire attività cognitive in modo efficiente.

I modelli di connessione dei circuiti neurali nel cervello formano una rete complessa. La segnalazione collettiva all’interno della rete si manifesta come attività neurale modellata e si pensa di supportare la cognizione umana e il comportamento adattivo. I recenti progressi tecnologici consentono ricostruzioni a macroscale di reti cerebrali biologiche. Queste mappe, hanno definito i connectomi, mostrano più funzionalità architettoniche non casuali multiple, comprese le heavy-tailed degree distributions, le comunità segregate e un nucleo densamente interconnesso. Tuttavia, come il calcolo e la specializzazione funzionale emergono dall’architettura di rete rimangono sconosciuti.

Esaminando i dati della risonanza magnetica da uno studio scientifico aperto, i ricercatori hanno ricostruito un modello di connettività cerebrale e l’ha applicata a una rete neurale artificiale (Artificial neural network – ANN) (1). Un ANN è un sistema di elaborazione costituito da più unità di input e output, molto simile al cervello biologico. Un team di ricercatori del Neuro (Montreal Neurological Institute-Hospital) e il Quebec Artificial Intelligence Institute ha addestrato l’Artificial neural network (ANN) per eseguire un compito di memoria cognitivo osservando come ha funzionato per completare il compito.

Questo è un approccio unico in due modi. I lavori precedenti sulla connettività cerebrale, noti anche come Connectomics, focalizzati sulla descrizione dell’organizzazione cerebrale, senza guardare come effettivamente esegue calcoli e funzioni. In secondo luogo, gli ANN tradizionali hanno strutture arbitrarie che non riflettono come sono organizzate le reti cerebrali reali. Integrando il connettore cerebrale nella costruzione di architetture di ANN, i ricercatori speravano di imparare come il cablaggio del cervello supporta specifiche competenze cognitive e per ricavare nuovi principi di progettazione per le reti artificiali.

Hanno scoperto che ANNs con connettività cerebrale umana, note come reti neurali neuromorfe (neuromorphic neural networks), ha eseguito compiti di memoria cognitiva più flessibilmente ed efficientemente di altre architetture di riferimento. Le reti neuromorfe neuromorfiche sono state in grado di utilizzare la stessa architettura sottostante per supportare una vasta gamma di capacità di apprendimento su più contesti.

Il dottor Bratislav Misic (2), un ricercatore presso il Neuro e autore senior della ricerca, assume: «Il progetto unifica due discipline scientifiche vibranti e veloci. Neuroscienze e AI (Artificial Intelligence) condividono radici comuni, ma hanno recentemente contrastato. L’utilizzo di reti artificiali ci aiuterà a capire come la struttura cerebrale supporti la funzione del cervello. A loro volta, utilizzando dati empirici per rendere le reti neurali riveleranno i principi di progettazione per la costruzione di una migliore AI. Quindi, i due ti aiuteranno a informarne l’un l’altro e arricchendo la nostra comprensione del cervello».

Questo studio, pubblicato sulla rivista Nature Machine Intelligence (3), è stato finanziato con l’aiuto del Fondo di Excellence della prima ricerca del Canada, assegnato a McGill University per i cervelli sani, iniziativa di vite sane, le scienze naturali e il Consiglio di ricerca ingegneristico del Canada, Fonds de Recherche du Quebec – Santé, Istituto canadese per Ricerca avanzata, Sedi di ricerca del Canada, Fonds de Recherche du Quebec – Nature et Technologies e Center Unique (Union of Neuroscience e Intelligenza Artificiale).

The Neuro – The Montreal Neurological Institute-Hospital – è una destinazione di livello mondiale per la ricerca cerebrale e la cura avanzata del paziente. Dalla sua fondazione nel 1934 dal famoso neurochirurgo Dr. Wilder Penfield, il Neuro è diventato il più grande centro specializzato di ricerca neuroscienze e centro clinico in Canada, e uno dei più grandi del mondo. L’integrazione senza soluzione di continuità della ricerca, della cura del paziente e della formazione delle menti superiori al mondo rendono il neuro posizionato in modo univoco per avere un impatto significativo sulla comprensione e sul trattamento dei disturbi del sistema nervoso. Nel 2016, il Neuro è diventato il primo istituto del mondo per abbracciare appieno la filosofia delle scienze aperte, creando il Tanenbaum Open Science Institute. L’Istituto Neurologico Montreal è una ricerca universitaria di McGill e istituto di insegnamento. L’ospedale neurologico Montreal fa parte della missione neuroscienziale del centro sanitario dell’Università McGill. (4)

Riferimenti:

(1) Artificial neural network

(2) Bratislav Misic

(3) Learning function from structure in neuromorphic networks

(4) The Neuro – McGill University

Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: Brain connectivity can build better AI News

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