Naučnici sa Univerziteta Prinston otkrili su da mozak koristi ponovo upotrebljive „kognitivne blokove“ kako bi brzo stvarao nova ponašanja.
Veštačka inteligencija danas može da piše nagrađivane eseje i da sa velikom preciznošću pomaže u medicinskim dijagnozama, ali biološki mozak i dalje nadmašuje veštačku inteligenciju u jednoj ključnoj oblasti – fleksibilnosti.
Ljudi mogu da usvoje nove informacije i prilagode se nepoznatim situacijama uz minimalan napor. Brzo se snalazimo u novom softveru, pratimo recept koji nikada ranije nismo isprobali ili učimo pravila igre koju smo tek otkrili, dok se sistemi veštačke inteligencije često teško prilagođavaju u realnom vremenu i slabo uče „u hodu“.
Novo istraživanje neuronaučnika sa Prinstona
Novo istraživanje neuronaučnika sa Prinstona nudi uvid u razloge te superiorne fleksibilnosti mozga. Istraživači su otkrili da mozak iznova koristi iste kognitivne „blokove“ prilikom izvođenja različitih zadataka. Kombinovanjem tih blokova na nove načine, mozak može brzo da generiše nova ponašanja.
„Najsavremeniji modeli veštačke inteligencije mogu da dostignu ljudske, pa čak i nadljudske performanse u pojedinačnim zadacima. Ali imaju teškoće da uče i izvode veliki broj različitih zadataka“, kaže dr Tim Bušman, stariji autor studije i zamenik direktora Prinstonskog instituta za neuronauku.
„Otkrili smo da je mozak fleksibilan zato što može da ponovo koristi komponente kognicije u mnogim različitim zadacima. Spajanjem ovih ‘kognitivnih lego kockica’, mozak je u stanju da izgradi nove zadatke.“
Istraživanje je objavljeno 26. novembra u časopisu Nature.
Kompozicionalnost – građenje novih veština od poznatih
Ljudi često uče nešto novo oslanjajući se na srodne sposobnosti koje već poseduju. Na primer, neko ko zna kako da održava bicikl lakše će naučiti i da popravlja motocikl. Naučnici ovaj proces sastavljanja novih veština od jednostavnijih, već postojećih, nazivaju kompozicionalnost.
„Ako već znate da pečete hleb, možete tu sposobnost da iskoristite i za pečenje kolača, bez potrebe da ponovo učite pečenje od nule“, objašnjava dr Sina Tafazoli, postdoktorski istraživač u Bušmanovoj laboratoriji i vodeći autor studije. „Ponovo koristite postojeće veštine – upotrebu rerne, merenje sastojaka, mešenje testa – i kombinujete ih sa novima, poput pravljenja fila i glazure, da biste stvorili nešto sasvim drugačije.“
Iako se kompozicionalnost smatra centralnom za ljudsku fleksibilnost, dokazi o tome kako je mozak sprovodi bili su ograničeni i ponekad neujednačeni.
Eksperiment sa majmunima
Da bi detaljnije ispitali ovu ideju, Tafazoli je trenirao dva mužjaka rezus makaka da izvode tri povezana zadatka, dok je istovremeno beležena aktivnost u njihovom mozgu.
Umesto složenih stvarnih aktivnosti, majmuni su rešavali vizuelne zadatke kategorizacije. Na ekranu su im prikazivane šarene, balonu slične forme, a od njih se tražilo da odluče da li oblik više podseća na zeku ili na slovo „T“ (kategorizacija oblika), odnosno da li je više crven ili više zelen (kategorizacija boje).
Težina zadataka znatno je varirala. Neke slike su jasno ličile na zeku ili su bile izrazito crvene, dok su druge bile dvosmislene i zahtevale pažljiviju procenu.
Zajednička pravila i različite kombinacije
Da bi saopštili svoj izbor, majmuni su pomerali pogled u jednom od četiri pravca. U jednom zadatku, pogled ulevo značio je „zeka“, a pogled udesno „T“.
Ključna karakteristika eksperimentalnog dizajna bila je to što je svaki zadatak imao sopstvena pravila, ali je delio određene komponente sa drugim zadacima. Jedan od zadataka sa bojama i zadatak sa oblicima zahtevali su iste pravce pogleda za davanje odgovora, dok su oba zadatka sa bojama podrazumevala istu vrstu kategorizacije boje, iako su se pravci pogleda za prijavljivanje odgovora razlikovali.
Ovakva struktura omogućila je istraživačima da utvrde da li mozak koristi iste obrasce neuronske aktivnosti, odnosno iste kognitivne građevne blokove, kad god zadaci imaju zajedničke elemente.
Prefrontalni korteks kao centar „kognitivnih lego kockica“
Analizom moždane aktivnosti, Tafazoli i Bušman su otkrili da prefrontalni korteks, oblast povezana sa složenim mišljenjem i donošenjem odluka, sadrži više ponavljajućih obrazaca neuronske aktivnosti. Ovi obrasci pojavljivali su se u različitim zadacima kad god su neuroni radili ka istom cilju, poput razlikovanja boja.
Bušman ove zajedničke obrasce naziva „kognitivnim lego kockicama“ – skupom građevnih elemenata koji se mogu kombinovati na različite načine kako bi proizveli nova ponašanja.
„O kognitivnom bloku razmišljam kao o funkciji u kompjuterskom programu“, kaže Bušman. „Jedan skup neurona može da razlikuje boje, a njegov izlaz se može povezati sa drugom funkcijom koja pokreće akciju. Ta organizacija omogućava mozgu da izvodi zadatak tako što redom aktivira pojedine komponente tog zadatka.“
Kada su majmuni, na primer, prelazili sa procene boje na prepoznavanje oblika, ali su i dalje koristili iste pokrete očiju, mozak je jednostavno aktivirao blok za obradu oblika zajedno sa istim blokom koji upravlja pokretima očiju.
Ovaj obrazac deljenja bio je najizraženiji u prefrontalnom korteksu, a znatno slabiji u drugim delovima mozga, što ukazuje da je kompozicionalnost možda specijalizovana funkcija upravo ove moždane regije.
Isključivanje nepotrebnih blokova radi boljeg fokusa
Istraživači su takođe otkrili da prefrontalni korteks umanjuje aktivnost određenih kognitivnih blokova kada oni nisu potrebni. To verovatno pomaže mozgu da se efikasnije usredsredi na zadatak koji je u tom trenutku najvažniji.
„Mozak ima ograničen kapacitet za kognitivnu kontrolu“, objašnjava Tafazoli. „Morate da kompresujete neke svoje sposobnosti kako biste se usredsredili na one koje su trenutno važne. Kada se fokusirate na kategorizaciju oblika, sposobnost kodiranja boje privremeno se umanjuje, jer je cilj upravo razlikovanje oblika, a ne boje.“
Selektivna aktivacija i potiskivanje kognitivnih blokova omogućavaju mozgu da izbegne preopterećenje i ostane usmeren ka trenutnom cilju.
Značaj za razvoj veštačke inteligencije i medicinu
Ovi „kognitivni lego blokovi“ mogu objasniti zašto ljudi tako brzo uče nove zadatke. Umesto da svako ponašanje gradi od početka, mozak ponovo koristi postojeće komponente i izbegava nepotrebno dupliranje rada – nešto što savremeni sistemi veštačke inteligencije uglavnom ne umeju.
„Veliki problem mašinskog učenja je katastrofalno mešanje“, kaže Tafazoli. „Kada mašina ili neuronska mreža nauči nešto novo, ona često zaboravi i prepiše prethodna znanja. Ako veštačka mreža nauči da peče kolač, a zatim da peče kekse, može da zaboravi kako se pravi kolač.“
Uvođenje kompozicionalnosti u veštačku inteligenciju moglo bi da dovede do sistema koji mogu da dodaju nove veštine, a da pritom zadrže stare.
Ova saznanja mogu biti važna i za razumevanje i lečenje neuroloških i psihijatrijskih poremećaja. Stanja kao što su šizofrenija, opsesivno-kompulzivni poremećaj i određene vrste povreda mozga mogu otežati ljudima da primenjuju poznate veštine u novim kontekstima.
Takvi problemi mogu proisticati iz poremećaja u sposobnosti mozga da kombinuje i ponovo koristi svoje kognitivne građevne blokove.
„Zamislite da možemo da pomognemo ljudima da ponovo steknu sposobnost promene strategije, učenja novih rutina i prilagođavanja promenama“, zaključuje Tafazoli. „Dugoročno, razumevanje načina na koji mozak ponovo koristi i kombinuje znanje moglo bi da nam pomogne da osmislimo terapije koje obnavljaju taj proces.“
