Цифровые аналоги клеток мозга на 20% улучшили «память» нейросетей

Российские ученые выяснили, что нейросети значительно лучше запоминают информацию, если встроить в них цифровые аналоги астроцитов - вспомогательных клеток мозга. Добавление подобных клеток в нейроморфные сети на 20% улучшило их способность воспроизводить ранее полученную информацию. Результаты исследования, поддержанного грантом Президентской программы Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале IEEE Transactions on Neural Networks and Learning Systems.

«Предлагаемая нами модель может использоваться при создании нейроморфного искусственного интеллекта, работающего более энергоэффективно, чем любые другие алгоритмы. Кроме того, нашу нейросеть можно использовать для моделирования процессов, происходящих в головном мозге, в частности передачи сигналов между нейронами и астроцитами», - пояснила профессор Нижегородского государственного университета (ННГУ) Сусанна Гордлеева.

Как отмечают ученые, нейросети представляют собой очень упрощенный аналог цепочек нейронов, присутствующих в головном мозге человека и животных. Их упрощенность связана не только с неполным воспроизведением всех особенностей в работе нервных клеток, но и с тем, что в нейросетях отсутствуют вспомогательные клетки мозга, так называемые астроциты и микроглия.

Эксперименты последних лет показывают, что эти тельца не только питают нейроны и защищают их от инфекций, но и играют важную роль в регуляции их активности и в запоминании новой информации. Руководствуясь подобными соображениями, исследователи разработали цифровой аналог астроцитов, способный взаимодействовать с остальной нейросетью, и встроили их в разрабатываемую ими нейроморфную систему ИИ.

Тренировка и тестирование алгоритма. Источник: Gordleeva et al. / IEEE Transactions on Neural Networks and Learning Systems, 2023

Она состоит из трех слоев, один из которых играет роль аналогов пирамидальных нейронов мозга, воспринимающих сигналы; второй состоит из подобий вставочных нейронов, распространяющих эти сигналы по сети; а третий сложен из цифровых астроцитов. Между искусственными нейронами передаются подобия электрических импульсов, а между астроцитами и нейронами - аналоги химических сигналов, которые выделяются естественными клетками в головном мозге.

Последующие опыты показали, что эта система научилась успешно распознавать изображения цифр и букв и воспроизводить ранее полученную информацию. В этом отношении нейросеть с цифровыми астроцитами на 20% превзошла ее аналог, в котором эти вспомогательные клетки отсутствуют. Это указывает на высокую перспективность использования подобного расширения нейросетей при разработке нейроморфных систем ИИ, подытожили исследователи.

Если вы хотите стать героем публикации и рассказать о своем исследовании, заполните форму на сайте РНФ