0
2454
Газета Наука Печатная версия

14.02.2018 00:01:00

Как молекулярная биология может помочь в обучении роботов

Беспамятство искусственного интеллекта

Игорь Лалаянц

Об авторе: Игорь Эруандович Лалаянц – кандидат биологических наук.

Тэги: ии, искусственный интеллект, роботы, компьютер, память


ии, искусственный интеллект, роботы, компьютер, память Искусственному интеллекту пока еще есть чему поучиться у биологических существ. Фото Романа Смирнова

В конце 2017 года Объединенные Арабские Эмираты объявили о программе развития высоких технологий и назначении первого министра по развитию искусственного интеллекта (ИИ). Одновременно с этим заявлением пришло сообщение из Кембриджа (США) о «научении» ИИ различать голоса и вычленять один из них для скачивания нужной информации (решении задачи коктейль-пати, как ее называют специалисты). Созданная система способна сепарировать голоса пяти людей с точностью до 80%, а двух – до 90%.

Успех достигнут благодаря сегментации голосов на компактные кластеры, обработка которых производилась даже при записи звучания не более шести децибел (обычный разговор – это примерно 20). Статья в журнале New Scientist с результатами этой работы гласила, что «ИИ научился распознавать один голос в толпе».

В начале ХХ века благородная компания в составе поэта, лорда Байрона, еще одного английского поэта-романтика Перси Биши Шелли и его жены Мэри Шелли застряла на какой-то вилле в Швейцарии, вынужденная прятаться от нескончаемого дождя. У камина, под рюмку хереса, Байрон предложил Мэри, которая увлекалась электрическими опытами Луиджи Гальвани с лягушками, написать нечто вроде научно-популярного «хоррора». В результате впечатлительная жена поэта-романтика создала текст, обессмертивший ее имя, – «Франкенштейн, или Современный Прометей». Фабула проста: врач Виктор Франкенштейн собрал из частей трупов некого монстра, за которым ему пришлось потом гнаться чуть ли не до Северного полюса. Мэри Шелли считается основоположницей жанра. Сегодня хорроры (англ. horror – ужасы) сочиняет ИИ, созданный в Массачусетском технологическом институте.

Но создание действительно «разумного» ИИ требует глубокого обучения (Deep Learning) и соответственно объемной памяти, интегрированной в нейросети. «Что-то с памятью моей стало», – пелось когда-то в популярной песне. К сожалению, память слабеет с возрастом, а может и совсем быть утраченной, как это происходит при амнезии. При утере «оперативной» памяти на первый план может выходить «встроенная», и такую ситуацию невропатологи называют ретроградной амнезией.

Подобного рода состояние изучал португальский психиатр Эгаш Антониу Мониш (1874–1955). Врач и нейроанатом стал единственным португальцем, который был удостоен в 1949 году Нобелевской премии по медицине за проведение лоботомии, или «отрезание» лобных долей. Неврологическое состояние людей после операции улучшалось, но память они теряли.

Сегодня в распоряжении нейробиологов целый арсенал исследовательских инструментов и технологий, среди которых оптогенетика, нейрохимия и протеомика (исследование протеинов), генная инженерия. Первая из технологий в этом ряду, оптогенетика, подразумевает стимулирование активности нейронов живого мозга с помощью лазерного луча. Два года назад японский молекулярный биолог из Массачусетского технологического института Судзуми Тонегава сообщил об открытии молчащих энграм  Silent Engrams,  или памяти, которую можно «оживить» искусственно, с помощью лазера. Слово «энграма» было предложено австрийцем Карлом Лоренцом, одним из основателей этологии, или науки о поведении животных.

Позже под энграмой стали понимать кодирование-формирование памяти на уровне нервной клетки гиппокампа, куда поступает информация. Было выяснено, что за ее формирование и хранение отвечают синапсы, или точки межнейрональной связи, для образования которых хватает 20 секунд. Далее в действие вступает так называемая консолидация, или «укрепление» памяти, которая из гиппокампа «отправляется» на долговременное хранение в предлобную кору. Так, через пару недель происходит трансформация кратковременной памяти в долговременную.

Тонегава первую Нобелевскую премию получил в 1987 году за раскрытие ген-механизма синтеза белковых антител. Ясно, почему иммунолог стал нейробиологом, который первым внедрил оптогенетику в изучение мозга в целом и памяти в частности. Открытие нейронов с молчащей энграмой объяснило до тех пор непонятную ретроградную амнезию, когда страдающий ею вспоминает детство, но не может запомнить что-то из сегодняшнего опыта. Клетки-«молчуны» не реагируют на усилия что-то вспомнить под действием природных стимулов, но могут выдать глубоко запрятанную информацию под действием нейронального возбуждения, вызванного воздействием лазерного луча.

И вот Тонегава предложил дальнейшее развитие идеи. Для этого он подавил синтез белков, которые необходимы для формирования памяти в клетках гиппокампа и дальнейшей ее передачи в нейроны предлобной коры. К удивлению исследователей, это не сказалось на функции клеток энграмы и их ансамбля в гиппокампе, что проявилось в реакции испуга мышей после подведения к их мозгу лазерного луча.

В свое время академик Иван Павлов, исходя из опытов с собаками, выявил условный рефлекс в ответ на свет или звук (у человека на то же слово «лимон» происходит рефлекторное выделение слюны), но не на мясо. Тонегава повторил практически тот же опыт на клеточно-молекулярном уровне: реакцию страха у мышей сначала вызывали слабым ударом тока.

По прошествии времени угасания рефлекса ту же реакцию вызывали с помощью лазера, луч которого возбуждал молчащие нейроны памятной энграмы. Тонегава определил, что информация хранится в энграм-ансамблях гиппокампа около восьми дней, а уже через две недели «закрепляется» в предлобной коре. Ученый не увидел повышения синаптической плотности после подавления синтеза белков, которая, как считается, является необходимым условием консолидации памяти. Вместо этого исследователи увидели большее число специфических соединений клеток в ансамблях.

Коллег ученого удивило, что формирование памяти требует не синтеза протеинов, а повышения специфичности связей клеток энграмы. Они не обратили внимания на замечание о том, что синтез требуется для «перевода» памяти-энграмы в предлобную кору. Тем самым подчеркивается, что память имеет гораздо более сложную клеточную и молекулярную природу.

В какой-то мере этот сходно с сегментацией голосов с помощью ИИ. Раскрытие механизмов памяти поможет более полному оснащению ИИ, разработка которого только выиграет от этого. Открытие также поможет разработке лекарства для лечения болезни Альцгеймера и другого нейродегенеративного состояния.

Устоявшейся парадигмой является и усиление синапсов, которое действительно доказано в ходе экспериментов. Открытие Тонегавы сдвигает парадигму, поэтому оно считается в нейробиологической среде противоречивым. Но такова природа всех судьбоносных открытий. Достаточно вспомнить структуру двуцепочной спирали ДНК, предложенную Френсисом Криком и Джеймсом Уотсоном, до которых роль гена отводилась белкам.



Оставлять комментарии могут только авторизованные пользователи.

Вам необходимо Войти или Зарегистрироваться

комментарии(0)


Вы можете оставить комментарии.

Читайте также


Франция не выполнит требования ЕС по бюджету в связи с уступками "желтым жилетам"

Франция не выполнит требования ЕС по бюджету в связи с уступками "желтым жилетам"

0
565
2019: гонка вооружений, кибервойны и глобальный неурожай

2019: гонка вооружений, кибервойны и глобальный неурожай

Ольга Соловьева

Китай, Россия и США готовятся к новым гибридным противостояниям

0
1436
Чем вызван упадок традиционных партий в Германии

Чем вызван упадок традиционных партий в Германии

Андрей Кинякин

Усиление "Зеленых" свидетельствует о растущей политической поляризации общества

0
757
Мотор, поехали!

Мотор, поехали!

Юлия Науменко

Жизнь – как коробка шоколадных конфет: никогда не знаешь, какая начинка тебе попадется

0
963

Другие новости

Загрузка...
24smi.org