כמו שטייס עשוי לתרגל תמרונים בסימולטור טיסה, מדענים עשויים בקרוב לבצע ניסויים בסימולציה ריאלית של מוח העכבר. במחקר חדש, חוקרים ומשתפי פעולה של רפואת סטנפורד השתמשו במודל בינה מלאכותית כדי לבנות "תאום דיגיטלי" של החלק של מוח העכבר המעבד מידע חזותי.
התאום הדיגיטלי הוכשר על מערכי נתונים גדולים של פעילות מוחית שנאספו מהקליפה החזותית של עכברים אמיתיים כשצפו בקטעי סרטים. לאחר מכן זה יכול לחזות את התגובה של עשרות אלפי נוירונים לסרטונים ותמונות חדשים.
תאומים דיגיטליים יכולים להקל על לימוד פעולותיו הפנימיות של המוח.
אם אתה בונה מודל של המוח וזה מאוד מדויק, זה אומר שאתה יכול לעשות הרבה יותר ניסויים. אלה שהם המבטיחים ביותר שתוכלו לבדוק במוח האמיתי. "
אנדראס טוליאס, דוקטור
המחבר הראשי של המחקר הוא אריק וואנג, דוקטורט, סטודנט לרפואה במכללת ביילור לרפואה.
מעבר להפצת האימונים
בניגוד לדגמי AI קודמים של קליפת המוח הוויזואלית, שיכולים לדמות את תגובת המוח רק לסוג הגירויים שהם ראו בנתוני האימונים, המודל החדש יכול לחזות את תגובת המוח למגוון רחב של קלט חזותי חדש. זה יכול אפילו להעריך תכונות אנטומיות של כל נוירון.
המודל החדש הוא דוגמא למודל יסוד, סוג חדש יחסית של מודלים של AI המסוגלים ללמוד ממערכי נתונים גדולים, ואז ליישם את הידע הזה על משימות חדשות וסוגים חדשים של נתונים – או מה החוקרים מכנים "הכללה מחוץ להפצת האימונים."
(CHATGPT הוא דוגמה מוכרת למודל יסוד שיכול ללמוד מכמויות טקסט עצומות כדי להבין ולייצר טקסט חדש.)
"במובנים רבים, זרע האינטליגנציה הוא היכולת להכליל בחוזקה", אמר טוליאס. "המטרה הסופית – הגביע הקדוש – היא להכליל לתרחישים מחוץ להפצת האימונים שלך."
סרטי עכבר
כדי לאמן את מודל ה- AI החדש, החוקרים הקליטו לראשונה את פעילות המוח של עכברים אמיתיים כשצפו בסרטים-סרטים שנעשו לאנשים. הסרטים באופן אידיאלי היו מתקרבים למה שהעכברים עשויים לראות במסגרות טבעיות.
"קשה מאוד לדגום סרט ריאליסטי לעכברים, כי אף אחד לא עושה סרטים הוליוודיים לעכברים", אמר טוליאס. אבל סרטי אקשן התקרבו מספיק.
לעכברים ראייה ברזולוציה נמוכה – בדומה לחזון ההיקפי שלנו – כלומר הם בעיקר רואים תנועה ולא פרטים או צבע. "עכברים כמו תנועה, שמפעילה מאוד את מערכת הראייה שלהם, אז הראינו להם סרטים שיש להם הרבה פעולה", אמר טוליאס.
במהלך הרבה מפגשי צפייה קצרים, החוקרים רשמו יותר מ- 900 דקות של פעילות מוחית משמונה עכברים שצפו בקטעי סרטים מלאים, כמו Mad Maxו מצלמות פיקחו על תנועות העיניים והתנהגותן.
החוקרים השתמשו בנתונים המצטברים כדי להכשיר מודל ליבה, אשר לאחר מכן ניתן להתאים אישית לתאום דיגיטלי של כל עכבר בודד עם קצת אימונים נוספים.
תחזיות מדויקות
התאומים הדיגיטליים הללו הצליחו לדמות מקרוב את הפעילות העצבית של עמיתיהם הביולוגיים בתגובה למגוון גירויים חזותיים חדשים, כולל סרטונים ותמונות סטטיות. הכמות הגדולה של נתוני האימונים המצטברים הייתה המפתח להצלחתם של התאומים הדיגיטליים, אמר טוליאס. "הם היו מדויקים בצורה מרשימה מכיוון שהם הוכשרו על מערכי נתונים כה גדולים."
אף על פי שהוכשרו רק בפעילות עצבית, המודלים החדשים יכלו להכליל לסוגים אחרים של נתונים.
התאום הדיגיטלי של עכבר אחד מסוים הצליח לחזות את המיקומים האנטומיים ואת סוג התא של אלפי נוירונים בקליפת המוח החזותית כמו גם את הקשרים בין נוירונים אלה.
החוקרים אימתו את התחזיות הללו כנגד הדמיה של מיקרוסקופ אלקטרונים ברזולוציה גבוהה של קליפת המוח של אותו עכבר, שהיה חלק מפרויקט גדול יותר למיפוי המבנה ותפקודו של קליפת המוח החזותית של העכבר בפרטים חסרי תקדים. תוצאות הפרויקט, המכונה מיקרון, פורסמו בו זמנית ב טֶבַעו
פותח את הקופסה השחורה
מכיוון שתאום דיגיטלי יכול לתפקד זמן רב מעבר לתוחלת החיים של עכבר, מדענים יכולים לבצע מספר בלתי מוגבל כמעט של ניסויים על אותה חיה. ניסויים שייקחו שנים יכולים להסתיים בשעות, ומיליוני ניסויים עשויים לרוץ בו זמנית, מה שמאיץ את המחקר כיצד המוח מעבד מידע ועקרונות האינטליגנציה.
"אנו מנסים לפתוח את הקופסה השחורה, כביכול, להבין את המוח ברמה של נוירונים או אוכלוסיות נוירונים בודדים וכיצד הם עובדים יחד כדי לקודד מידע", אמר טוליאס.
למעשה, הדגמים החדשים כבר מניבים תובנות חדשות. במחקר קשור אחר, שפורסם בו זמנית ב טֶבַעהחוקרים השתמשו בתאום דיגיטלי כדי לגלות כיצד נוירונים בקליפת המוח החזותית בוחרים נוירונים אחרים שאיתם ניתן ליצור קשרים.
מדענים ידעו כי נוירונים דומים נוטים ליצור קשרים, כמו אנשים שיוצרים חברויות. התאום הדיגיטלי חשף אילו קווי דמיון היו חשובים ביותר. נוירונים מעדיפים להתחבר לנוירונים המגיבים לאותו גירוי – הצבע כחול, למשל – על נוירונים המגיבים לאותו אזור של מרחב חזותי.
"זה כמו שמישהו בוחר חברים על סמך מה שהם אוהבים ולא איפה הם," אמר טוליאס. "למדנו את הכלל המדויק יותר הזה כיצד המאורגן המוח."
החוקרים מתכננים להרחיב את הדוגמנות שלהם לאזורי מוח אחרים ובעלי חיים, כולל פרימטים, עם יכולות קוגניטיביות מתקדמות יותר.
"בסופו של דבר, אני מאמין שניתן יהיה לבנות תאומים דיגיטליים של לפחות חלקים מהמוח האנושי," אמר טוליאס. "זה רק קצה הקרחון."
