اختراع شگفت انگیز دانشمندان در نسل نو کامپیوترها :ترکیب هوش مصنوعی با مغز کوچک! - عینک آفتابی

به گزارش عینک آفتابی، محققان با بهره گیری از بافت عصبی در راستای تکمیل وظایف محاسباتی، یک شبه اندام مغزی را به یک سیستم هوش مصنوعی متصل کردند و این آزمایش گامی بزرگ در مسیر ساخت بیو کامپیوترها به شمار می رود.

غزال زیاری: محققان در راستای تقویت قدرت محاسباتی هوش مصنوعی، یادگیری ماشینی را با یک مدل سه بعدی پیچیده از مغز انسان که از انواع مختلف بافت مغز رشد نموده و در آزمایشگاه ساخته شده، ترکیب نموده اند.

این مدل های مینیاتوری مغز که شبه اندام مغزی یا مینی مغز نامیده می شوند، از سال 2013 به شکل های مختلفی وجود داشته اند؛ ولی هرگز از آنها به عنوان روشی برای تقویت هوش مصنوعی استفاده نشده بود.

استفاده از شبه اندام مغز در تحقیقات

در تحقیقات نو، از سخت افزار محاسباتی سنتی تری برای ورود داده های الکتریکی به این شبه اندام ها و سپس رمزگشایی فعالیت شبه اندام ها برای فراوری خروجی استفاده می گردد. در نتیجه این شبه اندام ها تنها به عنوان یک لایه میانی در فرآیند محاسبات مورد استفاده قرار می گیرند.

در شرایطی که این روش، از تقلید از ساختار واقعی مغز یا نحوه عملکرد آن فاصله زیادی دارد، اما احتمالا گامی اولیه به سمت ایجاد بیو کامپیوترهایی است که با بهره گیری از ترفندهایی از زیست شناسی، آنها را قوی تر و کارآمدتر از کامپیوترهای سنتی خواهد نمود. در عین حال این متد، بینش عمیق تری را درباره نحوه عملکرد مغز انسان و چگونگی تاثیر آن بر شرایط تخریب نماینده عصبی مثل بیماری هایی از جمله آلزایمر و پارکینسون ایجاد خواهد نمود.

• قدرت تحمل گرمای انسان ها چقدر است؟
• زمین تا به امروز چند بار به دور خورشید گشته؟

اخیرا نتایج این تحقیقات در مجله Nature Electronics منتشر شد. محققان از تکنیکی به نام محاسبات مخزن استفاده کردند. در این روش شبه اندام مغز به عنوان یک مخزن عمل می نماید و در چنین سیستمی، مخزن اطلاعات را ذخیره نموده و به اطلاعات وارده واکنش نشان می دهد. یک الگوریتم نیز یاد می گیرد که تغییرات ایجاد شده در مخزن به وسیله ورودی های مختلف را تشخیص داده و در ادامه، این تغییرات را به عنوان خروجی خود ترجمه می نماید.

محققان با بهره گیری از این روش، با تامین ورودی های الکتریکی که به وسیله الکترودها تامین می گردد، شبه اندام مغز را به این سیستم متصل کردند.

نتایج حیرت آور

فنگ گوئو، استادیار مهندسی سیستم های هوشمند دانشگاه بلومینگتون ایندیانا دراین باره گفت: اساسا ما می توانیم اطلاعات را (چیزی شبیه به یک عکس یا اطلاعات صوتی) در یک الگوی زمانی- مکانی تحریک الکتریکی رمزگذاری کنیم. به بیانی دیگر، شبه اندام مغز بسته به زمان و توزیع فضایی الکتریکیسه از الکترودها، واکنش های متفاوتی را به نمایش می گذارد. الگوریتم در ادامه یاد می گیرد تا واکنش های شبه اندام مغز را نسبت به آن تحریک، تفسیر کند.

گرچه شبه اندام مغز به مراتب ساده تر از یک مغز واقعی است (چرا که در حقیقت یک کره کوچک از سلول های مغزی است) ولی این توانایی را دارد که در واکنش به تحریکات، سازگار شده یا تغییر کند. واکنش سلول های مختلف مغزی، سلول ها در مراحل مختلف رشد و ساختارهای مغز مانند در شبه اندام مغز، یک آنالوگ تقریبی با نحوه تغییرات مغز ما در واکنش به سیگنال های الکتریکی است. این تغییرات در مغز، باعث تقویت توانایی ما در راستای یادگیری می شوند.

دانشمندان با بهره گیری از این سخت افزار غیرمتعارف، الگوریتم ترکیبی شان را در انجام دو نوع کار مختلف آموزش دادند: یکی مربوط به تشخیص گفتار و دیگری مرتبط با ریاضیات.

در مرحله اول، کامپیوتر در تشخیص صداهای مصوت ژاپنی که در آن از صدها نمونه صوتی استفاده شده بود، دقتی 78درصدی را به نمایش گذاشت و در حل تکالیف ریاضی، نسبتا دقیق بود که البته کمی کمتر از انواع سنتی یادگیری ماشینی بود.

این اولین باری است که یک شبه اندام مغز با هوش مصنوعی مورد استفاده قرار می گیرد. در تحقیقات پیشین، از انواع ساده تری از بافت عصبی رشد یافته در آزمایشگاه، به شیوه مشابهی استفاده شده بود. به عنوان مثال، دانشمندان بافت مغز را با نوعی یادگیری تقویتی در هم آمیخته بودند که در حقیقت نوعی یادگیری ماشینی است که ممکن است شباهت بیشتری با نحوه یادگیری انسان و سایر حیوانات در مقایسه با محاسبات مخزنی داشته باشد.

لنا اسمیرنووا، استادیار بهداشت محیط و مهندسی دانشگاه جان هاپکینز که یکی از نویسندگان این مطالعه است، در این باره گفته: تحقیقات آینده ممکن است برروی ترکیب شبه اندام های مغز با یادگیری تقویتی صورت گیرد.

مزیت این کار چیست؟

یکی از مزایای ایجاد بیوکامپیوترها، بهره وری انرژی است؛ چرا که مغز ما نسبت به سیستم های محاسباتی پیشرفته امروزی، انرژی به مراتب کمتری مصرف می نماید. اما اسمیرنووا به این نکته اشاره نمود که ممکن است چندین دهه طول بکشد تا بتوان از چنین تکنولوژی ای برای ایجاد یک بیوکامپیوتر عمومی بهره برد.

در حالی که شبه اندام های مغز فاصله زیادی تا تکثیر مغز کامل انسان دارند، اسمیرنووا امیدوار است که این فناوری به دانشمندان درک بهتری از نحوه عملکرد مغز در بیماری هایی مثل آلزایمر بدهد. همانندسازی ساختار مغز (با شبه اندام مغزی) و عملکرد آن (با محاسبات)، به محققان این امکان را خواهد داد تا درک بهتری از نحوه ارتباط ساختار مغز با یادگیری و ادراک به دست بیاورند.

اسمیرنووا به این نکته اشاره نمود که این سیستم های محاسباتی، مثل شبه اندام های مغزی، می توانند به جایگزینی آزمایش دارو در حیوانات یاری نمایند. در سال های اخیر تست داروها برروی حیوانات، با مباحث اخلاقی زیادی همراه شده و در بسیاری از مواقع هم نتایج مفیدی را به همراه ندارد؛ چرا که حیوانات در بسیاری از مباحث با انسان ها متفاوتند و حالا ترکیب شبه اندام های مشتق شده از بافت مغز انسان، می تواند در آزمایش داروها، به حل این مشکل یاری بزرگی کند.

منبع: livescience