يمكن لنموذج الشبكة العصبية المستوحى من الحيوية تخزين المزيد من الذكريات بشكل ملحوظ
طور الباحثون نموذجًا جديدًا مستوحى من الاكتشافات البيولوجية الحديثة التي تُظهر أداء ذاكرة مُحسَّنًا. تم تحقيق ذلك عن طريق تعديل الشبكة العصبية الكلاسيكية.
تلعب نماذج الكمبيوتر دورًا مهمًا في التحقيق في عملية الدماغ في تكوين الذكريات والاحتفاظ بها وغيرها من المعلومات المعقدة.
ومع ذلك، فإن بناء مثل هذه النماذج مهمة حساسة. يخلق التفاعل المعقد للإشارات الكهربائية والكيميائية الحيوية، بالإضافة إلى شبكة الاتصالات بين الخلايا العصبية وأنواع الخلايا الأخرى، البنية التحتية للذكريات التي سيتم تشكيلها.
على الرغم من ذلك، فإن ترميز البيولوجيا المعقدة للدماغ في نموذج حاسوبي لمزيد من الدراسة أثبت أنه مهمة صعبة بسبب الفهم المحدود لبيولوجيا الدماغ الأساسية.
قام الباحثون في معهد أوكيناوا للعلوم والتكنولوجيا (OIST) بإجراء تحسينات على نموذج الكمبيوتر المستخدم على نطاق واسع للذاكرة، والمعروف باسم شبكة هوبفيلد ، من خلال دمج رؤى من علم الأحياء.
نتج عن التغيير شبكة لا تعكس فقط الطريقة التي ترتبط بها الخلايا العصبية والخلايا الأخرى في الدماغ بشكل أفضل، ولكن لديها أيضًا القدرة على تخزين المزيد من الذكريات بشكل ملحوظ.
يقول توماس بيرنز، دكتوراه، إن التعقيد المضاف إلى الشبكة هو ما يجعلها أكثر واقعية. طالب في مجموعة البروفيسور Tomoki Fukai ، الذي يرأس وحدة الترميز العصبي وحساب الدماغ في OIST.
“لماذا قد يكون لعلم الأحياء كل هذا التعقيد؟ قد تكون سعة الذاكرة سببًا، “يقول السيد بيرنز.
في شبكة هوبفيلد الكلاسيكية (على اليسار)، كل خلية عصبية (أنا، ي، ك، ل) متصلة بالآخرين بطريقة زوجية.
في الشبكة المعدلة التي صنعها السيد بيرنز والبروفيسور فوكاي ، يمكن لمجموعات من ثلاثة أو أكثر من الخلايا العصبية الاتصال في وقت واحد. الائتمان: توماس بيرنز (OIST)
تخزن شبكات هوبفيلد الذكريات كأنماط من الاتصالات الموزونة بين الخلايا العصبية المختلفة في النظام.
الشبكة “مدربة” على ترميز هذه الأنماط، ومن ثم يمكن للباحثين اختبار ذاكرتها عنها من خلال تقديم سلسلة من الأنماط الضبابية أو غير المكتملة ومعرفة ما إذا كانت الشبكة تستطيع التعرف عليها على أنها تعرفها بالفعل. ومع ذلك، في شبكات هوبفيلد الكلاسيكية، تتصل الخلايا العصبية في النموذج بشكل تبادلي مع الخلايا العصبية الأخرى في الشبكة لتشكيل سلسلة مما يسمى بالاتصالات “الزوجية”.
تمثل الوصلات الزوجية كيفية اتصال اثنين من الخلايا العصبية عند المشبك، وهي نقطة اتصال بين عصبتين في الدماغ.
لكن في الواقع، تحتوي الخلايا العصبية على هياكل متفرعة معقدة تسمى التشعبات التي توفر نقاطًا متعددة للاتصال، لذلك يعتمد الدماغ على ترتيب أكثر تعقيدًا من نقاط الاشتباك العصبي لإنجاز وظائفه المعرفية.
بالإضافة إلى ذلك، يتم تعديل الروابط بين الخلايا العصبية بواسطة أنواع أخرى من الخلايا تسمى الخلايا النجمية.
يوضح السيد بيرنز: “ببساطة ليس من الواقعي وجود روابط زوجية فقط بين الخلايا العصبية في الدماغ”.
لقد أنشأ شبكة هوبفيلد المعدلة التي ليس فقط أزواج من الخلايا العصبية ولكن مجموعات من ثلاثة أو أربعة أو أكثر من الخلايا العصبية يمكن أن تترابط أيضًا، كما قد يحدث في الدماغ من خلال الخلايا النجمية والأشجار التغصنية.
على الرغم من أن الشبكة الجديدة سمحت بهذه الاتصالات المسماة “مجموعة الحكمة”، إلا أنها احتوت بشكل عام على نفس العدد الإجمالي للاتصالات كما كان من قبل.
وجد الباحثون أن الشبكة التي تحتوي على مزيج من الاتصالات الزوجية والمحددة تؤدي بشكل أفضل وتحتفظ بأكبر عدد من الذكريات. ويقدرون أنها تعمل أكثر من الضعف بالإضافة إلى شبكة هوبفيلد التقليدية.
يقول السيد بيرنز: “اتضح أنك في الواقع بحاجة إلى مجموعة من الميزات في بعض التوازن”. “يجب أن يكون لديك نقاط الاشتباك العصبي الفردية، ولكن يجب أيضًا أن يكون لديك بعض الأشجار المتغصنة وبعض الخلايا النجمية.”
تعتبر شبكات هوبفيلد مهمة لنمذجة عمليات الدماغ، لكن لها استخدامات أخرى قوية أيضًا.
على سبيل المثال، هناك أنواع متشابهة جدًا من الشبكات تسمى Transformers تكمن وراء أدوات اللغة القائمة على الذكاء الاصطناعي مثل ChatGPT ، لذا فإن التحسينات التي حددها السيد Burns والبروفيسور Fukai قد تجعل هذه الأدوات أكثر قوة أيضًا.
يخطط السيد بيرنز وزملاؤه لمواصلة العمل مع شبكات Hopfield المعدلة لجعلها أكثر قوة.
على سبيل المثال، في الدماغ، لا تكون قوة الاتصالات بين الخلايا العصبية هي نفسها في كلا الاتجاهين، لذلك يتساءل السيد بيرنز عما إذا كانت ميزة عدم التناسق هذه قد تؤدي أيضًا إلى تحسين أداء الشبكة. بالإضافة إلى ذلك، يود استكشاف طرق لجعل ذكريات الشبكة تتفاعل مع بعضها البعض، بالطريقة التي تتفاعل بها في الدماغ البشري
يقول السيد بيرنز: “ذاكرتنا متعددة الأوجه وواسعة”. “لا يزال لدينا الكثير لنكتشفه.”
المرجع: “شبكات هوبفيلد البسيطة” بقلم توماس إف بيرنز وتوموكي فوكاي ، 1 فبراير 2023، المؤتمر الدولي حول تمثيلات التعلم.
المصدر: scitechdaily
شاهد ايضا:
