Anche i cervelli artificiali potrebbero aver bisogno di dormire

Anche i cervelli artificiali potrebbero aver bisogno di dormire
Il sonno può essere vitale per le macchine intelligenti del futuro quanto lo è per noi. Credito: Los Alamos National Laboratory

Nessuno può dire se gli androidi sogneranno pecore elettriche, ma quasi sicuramente avranno bisogno di periodi di riposo che offrano benefici simili a quelli che il sonno fornisce ai cervelli viventi, secondo una nuova ricerca del Los Alamos National Laboratory.

“Studiamo le reti neurali spiking, che sono sistemi che imparano tanto quanto i cervelli viventi”, ha affermato Yijing Watkins, informatico del Los Alamos National Laboratory. “Siamo rimasti affascinati dalla prospettiva di addestrare un processore neuromorfico in un modo analogo a come gli esseri umani e altri sistemi biologici imparano dal loro ambiente durante lo sviluppo dell’infanzia”.

Watkins e il suo team di ricerca hanno scoperto che le simulazioni di rete sono diventate instabili dopo continui periodi di apprendimento senza supervisione. Quando hanno esposto le reti a stati analoghi alle onde che i cervelli viventi sperimentano durante il sonno, la stabilità è stata ripristinata. “Era come se stessimo dando alle reti neurali l’equivalente di un buon riposo notturno”, ha detto Watkins.

La scoperta è avvenuta quando il team di ricerca ha lavorato per sviluppare reti neurali che si avvicinano molto al modo in cui gli esseri umani e altri sistemi biologici imparano a vedere. Il gruppo inizialmente ha lottato con la stabilizzazione delle reti neurali simulate sottoposte a un addestramento del dizionario senza supervisione, che prevede la classificazione di oggetti senza avere esempi precedenti con cui confrontarli.

“Il problema di come impedire che i sistemi di apprendimento diventino instabili in realtà si pone solo quando si tenta di utilizzare processori neuromorfici biologicamente realistici e potenziati o quando si cerca di comprendere la biologia stessa”, ha affermato l’informatico di Los Alamos e coautore dello studio Garrett Kenyon. “La stragrande maggioranza dei ricercatori di machine learning, deep learning e intelligenza artificiale non incontra mai questo problema perché nei sistemi molto artificiali che studiano hanno il lusso di eseguire operazioni matematiche globali che hanno l’effetto di regolare il guadagno dinamico complessivo del sistema”.

I ricercatori caratterizzano la decisione di esporre le reti a un analogo artificiale del sonno come quasi un ultimo disperato tentativo di stabilizzarle. Hanno sperimentato vari tipi di rumore, più o meno paragonabile a quello statico che potresti incontrare tra le stazioni mentre sintonizzavi una radio. I risultati migliori sono arrivati ​​quando hanno utilizzato le onde del cosiddetto rumore gaussiano, che include un’ampia gamma di frequenze e ampiezze. Essi ipotizzano che il rumore imiti l’input ricevuto dai neuroni biologici durante il sonno a onde lente. I risultati suggeriscono che il sonno a onde lente può agire, in parte, per garantire che i neuroni corticali mantengano la loro stabilità e non abbiano allucinazioni.

Il prossimo obiettivo dei gruppi è implementare il loro algoritmo sul chip neuromorfico Loihi di Intel. Sperano che permettere a Loihi di dormire di tanto in tanto le consentirà di elaborare in modo stabile le informazioni da una fotocamera retina al silicio in tempo reale. Se i risultati confermano la necessità di dormire nei cervelli artificiali, possiamo probabilmente aspettarci che lo stesso sia vero per gli androidi e altre macchine intelligenti che potrebbero verificarsi in futuro.

Watkins presenterà la ricerca al Women in Computer Vision Workshop il 14 giugno a Seattle.


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