Τα μυστικά του εγκεφάλου στην τεχνητή νοημοσύνη

Σε μια εποχή που τα άλματα στην τεχνητή νοημοσύνη ανοίγουν παράθυρα σε ένα συνταρακτικό και εν πολλοίς ακόμη άγνωστο μέλλον και πολλή συζήτηση γίνεται για την πιθανή επικράτηση των μηχανών πάνω στους ανθρώπους –και ειδικά για το chatbot της OpenAI, ChatGPT που συγγράφει, σαν παντογνώστης άνθρωπος, από ποίηση και λογοτεχνία έως δικαστικές αποφάσεις και επιστημονικές μελέτες–, μια ομάδα επιστημόνων στο Ινστιτούτο Μοριακής Βιολογίας και Βιοτεχνολογίας (ΙΜΒΒ) του Ιδρύματος Τεχνολογίας και Ερευνας (ΙΤΕ), προτείνει τρόπους με τους οποίους αντιστρόφως, ο ανθρώπινος εγκέφαλος και οι μηχανισμοί του μπορούν να εμπνεύσουν τους αρχιτέκτονες της τεχνητής νοημοσύνης και να προωθήσουν την ανάπτυξη ακόμη πιο αποδοτικών αλγορίθμων.

Η επιστημονική ομάδα της δρος Παναγιώτας Ποϊράζη, διευθύντριας Ερευνών στο ΙΜΒΒ-ΙΤΕ, ανέπτυξε ένα καινοτόμο υπολογιστικό εργαλείο που αξιοποιείται ταυτόχρονα σε δύο πεδία. Από τη μια μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να εξιχνιάσει τον ρόλο των πολύπλοκων νευρωνικών δομών του εγκεφάλου που επεξεργάζονται τις πληροφορίες, των λεγόμενων δενδριτών, και άρα βοηθάει στην κατανόηση της λειτουργίας του εγκεφάλου και την αποκάλυψη των μυστικών του. Από την άλλη, ενσωματώνει δενδριτικούς μηχανισμούς σε μοντέλα νευρωνικών δικτύων, επιτρέποντας την ανάπτυξη νέων συστημάτων τεχνητής νοημοσύνης εμπνευσμένων από τον εγκέφαλο.

«Πληθώρα εφαρμογών»
«Είναι ένα καινούργιο εργαλείο το οποίο επιτρέπει σε νέους χρήστες να αναπτύξουν, εύκολα και απλά, υπολογιστικά μοντέλα νευρικών κυττάρων που αναπαράγουν τη λειτουργία των δενδριτών και να τα χρησιμοποιήσουν ως ερευνητικά εργαλεία στη βιολογία ή την τεχνητή νοημοσύνη», εξηγεί η κ. Ποϊράζη. «Τα υπολογιστικά αυτά μοντέλα, τα οποία με την ενσωμάτωση των δενδριτών είναι πιο πολύπλοκα, έχουν πληθώρα εφαρμογών στον τομέα της μηχανικής μάθησης· για παράδειγμα, σε εφαρμογές για την αναγνώριση εικόνας (π.χ. το πρόσωπό μας για να ξεκλειδώσουμε το κινητό μας), ήχου (π.χ. για φωνητικές εντολές) κ.τ.λ. Η πλειονότητα των εφαρμογών αυτών χρησιμοποιεί την τεχνολογία του deep learning (βαθιάς μάθησης), η οποία βασίζεται σε συστήματα που μιμούνται τα αντίστοιχα νευρωνικά δίκτυα στον εγκέφαλο, χωρίς όμως να λαμβάνουν υπόψη τους δενδρίτες. Το εργαλείο μας επιτρέπει την ενσωμάτωση των δενδριτών σε συστήματα deeplearning, αυξάνοντας έτσι την ισχύ τους».

Οι δενδρίτες

Αλλά ας δούμε πώς λειτουργούν οι δενδρίτες, οι διακλαδισμένες προεκτάσεις των νευρικών κυττάρων που μοιάζουν με κλαδιά δένδρου και γι’ αυτό ονομάζονται δενδρίτες. Η βασική τους λειτουργία είναι να υποδέχονται τις πληροφορίες που καταφθάνουν από άλλους νευρώνες (με τη μορφή ηλεκτρικών ή χημικών σημάτων) και να τις μεταβιβάζουν στο κυρίως σώμα του κυττάρου. Για δεκαετίες ολόκληρες από την ανακάλυψή τους, ο ρόλος τους στην επεξεργασία της πληροφορίας παρέμενε άγνωστος. Πρόσφατες μελέτες όμως έδειξαν ότι οι δενδρίτες διαθέτουν πληθώρα μηχανισμών που τους επιτρέπουν να κάνουν σύνθετους μαθηματικούς υπολογισμούς ανεξάρτητα από τον κυρίως νευρώνα. Ακόμη, οι δενδρίτες παίζουν πολύ σημαντικό ρόλο στην πλαστικότητα του νευρικού συστήματος, δηλαδή την ικανότητα του εγκεφάλου να αλλάζει και να προσαρμόζεται στο περιβάλλον του. Αυτό έχει κυρίαρχο ρόλο σε πολύπλοκες διαδικασίες, όπως η μνήμη, η μάθηση και η λήψη αποφάσεων.

Ωστόσο, δεν γνωρίζουμε ακόμη τα πάντα για τους δενδρίτες. Μολονότι έχει κατανοηθεί σε μεγάλο βαθμό η συμβολή τους στη συμπεριφορά ενός νευρώνα, ο ρόλος τους σε επίπεδο δικτύων ή ολόκληρων εγκεφαλικών περιοχών παραμένει ανεξερεύνητος. Μελέτες συνδέουν την πολυπλοκότητα των δενδριτών με διάφορους γνωσιακούς δείκτες, ενώ είναι γνωστό πως ατροφούν κατά το γήρας ή σε νευροεκφυλιστικές παθήσεις, όπως το Αλτσχάιμερ. Τα ανοιχτά ερωτήματα είναι πολλά. Το εργαλείο που ανέπτυξε η ομάδα της δρ Ποϊράζη, ο Μιχάλης Πάγκαλος, υποψήφιος διδάκτωρ του τμήματος Βιολογίας του Πανεπιστημίου Κρήτης που ηγήθηκε της προσπάθειας, σε συνεργασία με τον δρα Σπύρο Χαυλή, μεταδιδακτορικό ερευνητή στο ΙΜΒΒ, θα διευκολύνει το έργο της επιστημονικής κοινότητας στη διαλεύκανση του ρόλου των δενδριτών σε σύνθετες λειτουργίες του εγκεφάλου. Το νέο λογισμικό παρουσιάστηκε πρόσφατα στο διεθνές επιστημονικό περιοδικό Nature Communications.

Δείτε επίσης:

ΙΤΕ: Ένα βήμα πιο κοντά στην εξιχνίαση της λειτουργίας του εγκεφάλου
 

Διαβάστε περισσότερες ειδήσεις από την Κρήτη