Глубокую нейросеть научили воображению — Naked Science
Редакция

Глубокую нейросеть научили воображению

Специалисты из японской компании ATR Computational Neuroscience Laboratories научили глубокую нейросеть предсказывать неизвестное психическое содержание на основании томограмм.

untitled-1
©Wikipedia

Поскольку анализ мозговой активности является трудоемким и не всегда обеспечивает высокую надежность диагностики, ученые работают над его автоматизацией. Прошлые эксперименты показали, что существующие алгоритмы машинного обучения позволяют создавать искусственные нейросети, которые могут реконструировать увиденное и воображаемое человеком с помощью снимков, сделанных путем функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ). Но, как правило, такие декодеры не способны предсказать психическое содержание, соответствующее незнакомым стимулам. Это накладывает на технологию фундаментальное ограничение, делая нейросеть зависимой от тренировок.

 

Авторы новой работы разработали глубокую нейросеть, которая позволяет воспроизводить психическое содержание несмотря на сравнительную новизну стимулов. На первом этапе ученые обследовали пятерых человек — вместо большой выборки они согласно современным протоколам поведенческих МРТ-экспериментов привлекли хорошо подготовленных испытуемых. Находясь в томографе, они просматривали две группы изображений из базы ImageNet: 1200 из 150 категорий (например, «леопарды») и, в качестве контроля, 50 отдельных снимков. Затем им показывали список слов, одно из которых выделялось, — в течение 15 секунд участники должны были вызывать соответствующие ему зрительные образы.

 

Порядок обучения и тестирования глубокой нейросети / ©Tomoyasu Horikawa et al., Nature Communications, 2017

 

После этого ученые создали компьютерный алгоритм из 13 слоев, каждый из которых был редуцирован и описывал только около одной тысячи признаков. Нейросеть включала в себя восемь сверточных слоев (CNN), три модели HMAX, одну GIST, а также слой SIFT+BoF, широко используемый в машинном зрении. Сперва система тренировалась в признаковом описании более 100 тысяч изображений из 15 322 категорий. Причем со стимулами, которые задействовались в эксперименте с людьми, знакомили только слои HMAX и SIFT+BoF (одна тысяча фотографий из 150 категорий). Отдельно нейросеть составляла описание признаков на основании томограмм. Таким образом алгоритм освоил анализ разных визуальных данных.

 

Наконец, авторы проверили, способна ли нейросеть предсказать психическое содержание на основании томограмм при условии, что большинству ее «нейронам» изначально неизвестны вызвавшие его стимулы. Результаты показали, что система во многом гомологична живому мозгу. Так, ее слои хорошо прогнозировали активность различных участков зрительной коры (в работе оценивали 12 областей, свазанных с распознаванием, включая парагиппокампальную область мест (PPA) и другие). Кроме того, механизм предсказания соответствовал принципу функциональной иерархии: особенно хорошо прогнозы высоких и низких уровней системы совпадали с реакцией высших и глубоких слоев мозга.

 

По мнению ученых, полученные данные могут использоваться в моделировании живых нейронных сетей и автоматизации диагностики. Также расширение функциональности таких алгоритмов позволяет рассматривать их как потенциальную основу искусственного интеллекта.

 

Подробности работы представлены в журнале Nature Communications.

 

Ранее исследователи адаптировали метод МРТ к визуализации экспрессии генов.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Вчера, 09:28
Сергей Васильев

Окаменелости возрастом более 3,4 миллиарда лет могут быть остатками микробов-архей, живших и выделявших метан у гидротермальных источников на дне ископаемого моря.

25 июля
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

9 часов назад
Мария Азарова

Проект назвали в честь Галилео Галилея — итальянского ученого эпохи Возрождения, который задействовал разработанный им телескоп для наблюдения за астрономическими объектами, такими как луны Юпитера, кратеры спутника Земли и кольца Сатурна. Пока программа получила финансирование в 1,75 миллиона долларов, но возглавляющий ее профессор Ави Леб надеется на большее.

25 июля
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

25 июля
Мария Азарова

Ученые подтвердили связь между коронавирусной инфекцией и снижением когнитивных способностей на основе анализа данных более чем 81 тысячи человек.

Вчера, 09:28
Сергей Васильев

Окаменелости возрастом более 3,4 миллиарда лет могут быть остатками микробов-архей, живших и выделявших метан у гидротермальных источников на дне ископаемого моря.

25 июля
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

13 июля
Ольга Иванова

Международная команда ученых идентифицировала ДНК из почвы в грузинской пещере. Благодаря этому исследователям удалось восстановить геном человека возрастом 25 тысяч лет, не имея никаких скелетных останков.

8 июля
Василий Парфенов

Подросток из бельгийского города Остенде стал вторым самым юным обладателем высшего образования в обозримой истории. Он с отличием окончил курс физики в Антверпенском университете и теперь собирается защитить магистерскую степень, а затем и докторскую диссертацию в этой области. Цель у него простая и понятная: увеличение продолжительности жизни человека вплоть до полного бессмертия за счет замены частей тела и органов механическими или искусственными.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: