Ученые сделали удивительное открытие - искусственные нейронные сети обрабатывают изображения так же, как и животные. Природа и искусственный интеллект пришли к похожим решениям в обработке сложных изображений. И это не просто совпадение!
Недавнее исследование показало, что в зрительной коре мышей есть нейроны, очень похожие на "детекторы частот" у искуственного интеллекта.
Внимательно посмотрите на картинку ниже. На ней есть и мелкие детали, и крупные формы. Детекторы частот - это особые нейроны, которые замечают переходы между мелкими и крупными элементами изображения.
В искусственных нейросетях, например в системе распознавания изображений InceptionV1, такие нейроны уже были известны.
Ученые решили проверить: а есть ли что-то похожее в мозге животных? Они провели серию экспериментов с мышами.
Мышам показывали разные картинки, а специальные приборы записывали, как при этом работают нейроны в их зрительной коре. И тут произошло удивительное - в мозге мышей нашлись нейроны, очень похожие на те самые детекторы частот!
Но ученые пошли еще дальше. Они использовали искусственный интеллект, чтобы создать особые изображения. Эти картинки назвали "Diverse Exciting Inputs" или сокращенно DEIs.
Идея была такая: сделать набор изображений, которые должны возбуждать определенный нейрон, но при этом отличаться друг от друга. Это непросто, ведь нельзя просто взять и "попросить" нейрон рассказать, что ему нравится. Поэтому ученые использовали искусственную нейросеть как "цифрового двойника" мозга мыши.
И представьте себе - когда эти специально созданне картинки показали настоящим мышам, все сработало! Нужные нейроны действительно активировались. Искусственная нейросеть смогла точно предсказать, как будут работать живые нейроны.
Во время экспериментов ученые обнаружилось ещё кое-что. Некоторые нейроны в мозге мыши вели себя необычно. Одна часть такого нейрона реагировала на конкретный узор, а другая часть - на разные варианты похожих узоров. Ученые назвали это "двухчастной инвариантностью" (bipartite invariance). Это похоже на то, как если бы нейрон одним глазом смотрел на конкретную картинку, а другим - на разные вариации этой картинки.
Зачем мозгу такие сложные нейроны? Исследователи предположили, что они могут лучше находить границы объектов на изображении. Чтобы проверить эту идею, ученые использовали специальный набор фотографий птиц:
Оказалось, что нейроны с "двойной специализацией" действительно лучше реагируют на участки изображения, где есть граница между птицей и фоном. Более того, та часть нейрона, которая реагировала на разные варианты узора, чаще соответствовала области внутри птицы. А часть, реагирующая на конкретный узор, чаще соответствовала фону.
Ученые пошли еще дальше. Они заменили настоящие текстуры на фотографиях птиц искусственными узорами - решетками с разной частотой линий. И что вы думаете? Нейроны все равно предпочитали границы, особенно там, где мелкий узор переходил в крупный. Это показывает, что такие нейроны могут находить границы объектов, основываясь на изменении текстуры, а не только на ярких линиях или цветовых переходах.
Это открытие важно сразу для двух областей науки. Биологам оно помогает лучше понять, как работает мозг. Теперь у них есть новая идея о том, как мозг может разделять изображение на объекты и фон.
Это также хорошая новость для создателей искусственного интеллекта. Раз современные нейросети работают во многом похоже на настоящий мозг - мы на верном пути. Возможно, изучая мозг животных, мы сможем создать еще более умные компьютерные системы.
Кстати, похожие механизмы нашли не только в первичной зрительной коре мышей, но и в других отделах их мозга, отвечающих за зрение. Это очень напоминает то, как устроены глубокие слои искусственных нейронных сетей.
Получается, что и мозг, и искусственный интеллект используют похожую "многоступенчатую" систему для анализа изображений.
И это только начало.
Ученые уверены, что найдут еще больше общего между мозгом и искусственным интеллектом. Кто знает, может быть именно так мы разгадаем тайны работы мозга и создадим по-настоящему умные машины?
P.S. Если вам интересно погрузиться в то, что мы знаем о работе мозга - об этом есть ролик на моём YouTube канале:
Там же через несколько дней я опубликую новое видео о безопасности искуственного интеллекта.