В удивительном тандеме науки и искусственного интеллекта исследователи из Института ИИ МФТИ и МГУ смогли раскрыть тайны того, как цыплята обучаются распознаванию объектов, используя принципы формирования зрительных категорий. Благодаря инновационной ИИ-модели специалисты впервые выявили, каким образом мозг молодых птиц ассоциирует окружающие предметы и учится на собственных ошибках. Результаты этого масштабного труда закладывают основы для создания новых интеллектуальных систем, способных быстро учиться и переносить добытые знания в изменяющихся условиях.
Как мозг цыпленка учится видеть мир: особенности формирования зрительных категорий
Классификация объектов в отдельные категории, например, различие съедобного от несъедобного, лежит в самой природе большинства живых существ. Для цыплят и других птиц этот навык поистине критичен для выживания. Тем не менее, до недавнего времени механизм образования таких зрительных категорий оставался загадкой для исследователей.
Совместная команда учёных из ведущих российских вузов приступила к изучению этого удивительного процесса. Используя оригинальную модель обучения — эксперимент с так называемым «бусиничным полом» — они смогли не только наблюдать за тем, как развивается способность к различению окружающих объектов, но и проследить сам путь формирования новой категории «несъедобное» в мыслях цыплят.
Эксперимент с бусиничным полом: шаг за шагом к новым знаниям
Пространство, в котором разворачивался эксперимент, представляло собой прозрачную пластину, на которую были закреплены разноцветные бусины. Между бусинами равномерно разбрасывался корм, причём количество пищевых гранул сопоставлялось с числом самих бусин. Такой подход позволил имитировать естественные для цыплят условия и зафиксировать моменты, когда птицы путали корм и бусины, формируя постепенно понятие «несъедобное».
В процессе эксперимента каждое действие птиц тщательно фиксировалось с помощью видеокамер: клевки по бусинам означали ошибку, по зерну — успех. Уже на первых этапах наблюдений стало ясно, что цыплята весьма быстро перестают совершать случайные ошибки и начинают уверенно различать корм от бусин, демонстрируя формирование новой зрительной категории.
Последовательное обучение и индивидуальные особенности восприятия
Особое внимание учёные уделили дизайну экспериментов, предлагая цыплятам последовательность из трёх разных по цвету бусиничных покрытий. Цель подобного подхода заключалась в выявлении того самого момента, когда в мозгу формируется новая категория объектов.
Анализируя результаты, исследователи установили: формирование категории «несъедобное» зависит не только от свойств стимулов, но и от порядка их предъявления. Различные последовательности цветов влияют на скорость и точность обучения, а индивидуальные особенности каждого цыплёнка проявляются в их собственной тактике объединения объектов в группы.
Это наблюдение говорит о том, что зрительное обучение у птиц не является полностью автоматическим, а зависит от предшествующего опыта и специфики восприятия каждого живого существа.
ИИ-модели и анализ поведенческих стратегий
Для количественной оценки процесса обучения команда обучила ИИ-модель, основанную на скрытой Марковской цепи, предсказывать, чего касается цыплёнок – зерна или бусины. Это дало возможность выявить закономерности в поведении и сложные структуры в последовательности действий.
Было обнаружено: последовательности клевков цыплят имеют скрытую структуру, которую удаётся уловить интеллектуальной модели. Удаление из анализа положительных действий (клевков по корму) приводило к исчезновению этой структуры – именно взаимодействие разных типов стимулов оказывает влияние на стратегию обучения.
Значит, создание новых ИИ-систем для успешного и быстрого обучения должно учитывать эти тонкие структуры поведенческих реакций и возможности быстро приспосабливаться к меняющейся информации.
Асимметрия мозга и взаимосвязь полушарий
Особый интерес вызвало изучение асимметрии мозга: ученые открыли, что у птиц зрительная информация от каждого глаза поступает преимущественно в противоположное полушарие. Во время экспериментов цыплятам поочерёдно закрывали один глаз, чтобы проанализировать, как происходит обучение и хранение информации в мозге.
Оказалось, если обучение происходило при помощи только одного глаза, а тестирование — при противоположном, число ошибок значительно увеличивалось. Память о новых знаниях, сформированных в результате опыта, оставалась лишь в том полушарии, которое непосредственно получало зрительный сигнал.
Более того, исследователи установили: память способна передаваться из правого полушария в левое, но не обратно. Это говорит о большей роли левого полушария в консолидации и долговременном хранении новой информации. Подобные результаты открывают перспективы для создания асимметричных архитектур в искусственном интеллекте, где информации предоставляется возможность эффективно перемещаться между модулями системы.
Вдохновение для новых ИИ-решений и робототехники
Полученные данные о том, как цыплята формируют зрительные категории и учатся на ошибках, могут стать отправной точкой для разработки новых моделей искусственного интеллекта, которые будут оптимально сочетать быстроту обучения с возможностью переноса навыков на новые задачи.
Например, аналогичные механизмы могут быть реализованы в автономных роботах и интеллектуальных системах, которым потребуется самостоятельно различать полезные/бесполезные объекты или принимать решения в быстро изменяющейся внешней среде исключительно с опорой на полученный опыт.
Таким образом, изучая простейшие принципы работы мозга цыплят, современные исследователи закладывают прочную научную и практическую основу для дальнейших достижений в области искусственного интеллекта и когнитивных наук. Открывающиеся горизонты внушают уверенность в возможности создания умных систем, учиться которым будет так же легко, как это делают молодые птицы в природе.
Информация предоставлена пресс-службой МФТИ.
Источник фото: ru.123rf.com
Источник: scientificrussia.ru
