Новый подход к ИИ: к нейронам подселили астроциты

Нейроны — клетки, ответственные за передачу нервных импульсов — очень важны для функционирования человеческого мозга. Но за последнюю сотню лет сложилось мнение, что нейроны — это единственные клетки в мозгу, которые могут обрабатывать информацию. Однако астроциты, которых в мозгу в два раза больше, тоже играют ключевую роль в его работе, а не просто занимают пространство. Они заняты в том числе в обучении и создают центральные генераторы паттернов (CPG), на основе которых создается упорядоченная моторная активность — дыхание, ходьба и т.д.

Несмотря на то, что сейчас о важной роли астроцитов в функциях мозга уже достоверно известно, большинство ныне существующих нейросетей основано только на искусственных нейронах. Исследователи из Ратгерского университета  решили восполнить этот пробел и разработали алгоритмы, которые учитывают и функции астроцитов. В статье, опубликованной в arXiv, представлена работа нейроморфного центрального генератора паттернов (CPG) с искусственными астроцитами. Он успешно воспроизводит разные формы ритмической ходьбы у роботов.

«Все, что делают искусственные нейронные сети, а они способны на многое, основано на нейрокомпьютерной догме, что мозг — это и есть нейроны. — говорит Константинос Михмизос, ведущий автор исследования. — При этом в мозгу астроцитов в 2–10 раз больше, чем нейронов».

В своей работе ученые Ратгерского университета предложили новый подход к нейроморфным исследованиям, основанный на воспроизведении взаимодействия нейронов и астроцитов для создания определенного поведения

Примечательно, что это исследование впервые рассматривает работу ИИ не с общепринятой позиции, когда нейроны считаются по умолчанию единственными клетками, обрабатывающими информацию. В новой работе искусственные астроциты в нейросети рассматриваются в качестве второй единицы обработки информации. Более того, авторы работы предполагают, что астроциты могут иметь важное значение в формировании интеллекта, поэтому внедрение их в модель ИИ очень ценно.

Основная задача ученых состояла в расшифровке способа взаимодействия этих видов клеток, когда человек обучается чему-либо, думает и ведет другую мозговую деятельность. В лабораторных условиях были разработаны математические модели, учитывающие происходящее с астроцитом, когда он связывается с нейронами, получающими и отправляющими нервные импульсы. Далее ученые использовали математические модели для выстраивания нейронно-астроцитарных сетей.Сети, в свою очередь, включили в нейроморфные чипы для управления шестиногими роботами в моделируемой среде, чтобы доказать эффективность системы на практике.

Исследователям удалось продемонстрировать, что астроциты не только вступают во взаимодействие с нейронами, но и определяют особенности этого взаимодействия, а также обрабатывают поступающую в мозг информацию об условиях окружающей среды. Так, робот, работающий на нейроморфном чипе с астроцитами, двигался более пластично с меняющейся скоростью и внешние условия, например, шум, на него не влияли.

Подход к моделированию нейросетей, учитывающий астроциты, поможет сделать важные шаги в разработке ИИ. В настоящее время этот метод уже входит в учебный план компьютерного курса в Ратгерском университете. Вскоре представленная система может использоваться в роботах в реальных условиях.