Creierul, modelul natural pe care Inteligența Artificială încă nu îl poate egala

Creierul uman continuă să rămână superior inteligenței artificiale în ceea ce privește flexibilitatea cognitivă. Un nou studiu realizat de cercetătorii de la Universitatea Princeton arată că oamenii și primatele reușesc să învețe rapid deoarece reutilizează „piese de Lego cognitive”, blocuri modulare ale gândirii, pe care le pot combina în nenumărate feluri atunci când se confruntă cu sarcini noi.

Maimuțele testate în experiment au trecut cu ușurință de la o provocare de categorizare vizuală la alta, iar observațiile au arătat că, în cortexul prefrontal, aceste blocuri cognitive sunt asamblate asemenea unor elemente Lego pentru a genera comportamente noi. În timp ce creierul combină instantaneu aceste bucăți de cunoaștere, modelele de inteligență artificială se confruntă frecvent cu problema uitării abilităților deja învățate.

Descoperirile ar putea contribui la dezvoltarea unei inteligențe artificiale cu adevărat adaptabile, precum și la noi tratamente pentru persoanele cu dificultăți de flexibilitate cognitivă.

De ce creierul învață mai repede decât inteligența artificială

Cercetarea arată că animalele, oamenii și, în general, creierele biologice se pot adapta rapid la informații și situații noi. Activități cotidiene precum învățarea unui software necunoscut, încercarea unei rețete noi sau înțelegerea regulilor unui joc se întâmplă adesea spontan la oameni, în timp ce sistemele AI nu reușesc să învețe eficient în timp real.

„Modelele de inteligență artificială de ultimă generație pot atinge performanțe umane, sau chiar supraomenești, în sarcini individuale. Dar acestea se luptă să învețe și să îndeplinească multe sarcini diferite. Am descoperit că creierul este flexibil deoarece poate reutiliza componente ale cunoașterii în multe sarcini diferite. Prin îmbinarea acestor «piese cognitive de Lego», creierul este capabil să construiască noi sarcini.”, a explicat Tim Buschman, autor principal al studiului și director asociat al Institutului de Neuroștiințe Princeton. Studiul a fost publicat pe 26 noiembrie în revista Nature.

Cum combină creierul abilitățile deja dobândite

Conceptul central al studiului este „compoziționalitatea” – abilitatea creierului de a construi o nouă competență pornind de la abilități deja existente.

„Dacă știi deja cum să coaci pâine, poți folosi această abilitate pentru a coace o prăjitură fără a învăța din nou cum să coaci de la zero. Reutilizezi abilități existente – utilizarea unui cuptor, măsurarea ingredientelor, frământarea aluatului – și le combini cu altele noi, cum ar fi baterea aluatului și prepararea glazurii, pentru a crea ceva complet diferit.”, a declarat Sina Tafazoli, cercetător postdoctoral în laboratorul Buschman de la Princeton și autoare principală a studiului.

Pentru a observa modul în care creierul gestionează această compoziționalitate, cercetătorii au antrenat doi macaci rhesus să execute trei sarcini de clasificare vizuală. Animalele au privit pete colorate, asemănătoare unor baloane, și au decis dacă o pată semăna mai mult ca un iepuraș sau ca litera „T” (clasificarea formei) sau dacă părea mai roșie sau mai verde (clasificarea culorii).

Dificultatea varia în funcție de claritatea imaginilor – unele erau evidente, altele foarte ambigue. Maimuțele comunicau răspunsul privind într-o direcție anume pe ecran, iar direcțiile difereau în funcție de sarcină. Unele provocări împărtășeau reguli comune, iar altele modificau interpretarea direcțiilor de privire. Acest design le-a permis cercetătorilor să vadă dacă creierul reutiliza aceleași tipare neuronale ori de câte ori sarcinile aveau caracteristici în comun.

Cortexul prefrontal, centrul blocurilor cognitive

Analiza tiparelor activității cerebrale a arătat că cortexul prefrontal conținea tipare recurente de activitate, care apăreau ori de câte ori grupuri de neuroni lucrau împreună pentru un scop comun, cum ar fi distingerea culorilor.

„Mă gândesc la un bloc cognitiv ca la o funcție dintr-un program de calculator. Un set de neuroni ar putea discrimina culoarea, iar rezultatul său poate fi mapat pe o altă funcție care determină o acțiune. Această organizare permite creierului să îndeplinească o sarcină prin efectuarea secvențială a fiecărei componente a acelei sarcini.”, a explicat Tim Buschman.

Pentru una dintre sarcinile legate de culoare, creierul combina un bloc responsabil cu identificarea culorii cu un bloc care ghida mișcările ochilor în anumite direcții. Când animalul trecea la o altă sarcină, cum ar fi evaluarea formelor, reutiliza blocul pentru mișcările ochilor, schimbând doar blocul pentru procesarea formei. Această partajare a blocurilor a apărut preponderent în cortexul prefrontal și nu în alte regiuni ale creierului, sugerând că această regiune este pivotul flexibilității cognitive.

Activarea și dezactivarea blocurilor pentru focalizare

„Creierul are o capacitate limitată de control cognitiv. Trebuie să comprimi unele dintre abilitățile tale pentru a te putea concentra asupra celor care sunt importante în prezent. Concentrarea pe clasificarea formelor, de exemplu, diminuează momentan capacitatea de a codifica culoarea, deoarece scopul este discriminarea formei, nu a culorii.”, a mai spus Sina Tafazoli.

Această funcție ajută creierul să evite supraîncărcarea și să mențină performanța concentrată asupra obiectivului actual.

Implicații pentru inteligența artificială și sănătatea mintală

Aceste „piese de Lego cognitive” explică de ce oamenii pot îndeplini sarcini noi atât de rapid. Creierul nu o ia de la zero: reciclează și rearanjează abilități existente.

„O problemă majoră a învățării automate este interferența catastrofală. Când o mașină sau o rețea neuronală artificială învață ceva nou, uită și suprascrie amintirile anterioare. Dacă o rețea neuronală artificială știe cum să coacă o prăjitură, dar apoi învață să facă fursecuri, va uita cum să coacă o prăjitură.”, a detaliat Sina Tafazoli.

Incorporarea compoziționalității în AI ar putea permite sistemelor să dobândească noi abilități fără a șterge pe cele vechi.

Descoperirile au implicații și în medicină. Tulburări precum schizofrenia, tulburarea obsesiv-compulsivă sau leziuni cerebrale afectează capacitatea de a reutiliza abilități în contexte noi.

„Imaginați-vă terapii care ar putea ajuta oamenii să-și recapete capacitatea de a schimba strategii, de a învăța rutine noi sau de a se adapta la schimbări. Înțelegerea modului în care creierul reutilizează și recombină cunoștințele ne-ar putea ajuta să concepem terapii care să restabilească acest proces.”, a încheiat Sina Tafazoli.