Pogaduszki z ANNABEL

06/04/2016
Autor: 
Karol Chlipalski

Grupa badaczy z uniwersytetów w Sassari (Włochy) i Plymouth (Wielka Brytania) zbudowała sieć złożoną z 2 mln sztucznych neuronów, która jest w stanie się nauczyć się komunikować i to wyłącznie dzięki interakcjom z rozmówcą-człowiekiem. Sieć otrzymała imię ANNABEL. Eksperyment opisany w czasopiśmie naukowym PLOS ONE pozwala nam przyjrzeć się procesom neuronalnym związanym są z nauką mówienia.

Jak mózg rozwija zdolność do wykonywania złożonych funkcji poznawczych, jak te niezbędne do myślenia i mówienia? Jest to pytanie, na które nauka dotąd nie znalazła pełnej odpowiedzi. Wiadomo, że w mózgu znajduje się około stu miliardów neuronów, które komunikują się ze sobą za pomocą impulsów elektrycznych. Naukowcy zdołali już zebrać sporo informacji nt. tego, jak powstają i są przekazywane te impulsy. Powstały także metody takie jak np. funkcjonalny rezonans magnetyczny, które pozwalają nam zrozumieć różne czynności poznawcze mózgu. Jednak wiedza o tym jak działa pojedynczy neuron, czy gdzie zlokalizowane są w mózgu rejony odpowiedzialne za określone funkcje to wciąż za mało, aby rozwiązać zagadkę umysłu ludzkiego.

Można założyć, że mózg pracuje w sposób podobny do komputera: najważniejsze podobieństwo jest takie, że komputery również działają dzięki impulsom elektrycznym. Nic więc dziwnego, że wielu badaczy mózgu już od końca lat 90. XX wieku budowało swoje modele teoretyczne na założeniu, że istnieje podobieństwo funkcjonalne pomiędzy komputerem a mózgiem. Jednak poza pewnymi podobieństwami, są też poważne różnice. Dotyczą one przede wszystkim uczenia się i przetwarzania informacji. Komputery mogą działać dzięki programom opracowanych przez programistów – czyli ludzi. W tych programach są zakodowane reguły, których komputer musi przestrzegać przetwarzając informacje potrzebne, aby wykonać zlecone mu zadanie. Tymczasem nie mamy żadnych dowodów na to, aby w naszym mózgu istniały podobne „programy”. Wielu naukowców uważa więc, że nasz mózg rozwija

umiejętności poznawcze poprzez interakcje z otoczeniem rozbudowując w ten sposób dość ograniczoną wiedzę, z którą przychodzimy na świat. Projekt ANNABELL (Sztuczna sieć neuronalna ze zdolnością do zachowań adaptacyjnych w celu nauki języka - Artificial Neural Network with Adaptive Behavior Exploited for Language Learning) zdaje się przemawiać na korzyść tego przekonania.

ANNABELL nie bazuje na wcześniej zaprogramowanej wiedzy językowej, tylko uczy się w wyniku interakcji z „rozmówcą”, którym jest człowiek. Wykorzystuje przy tym dwa mechanizmy działające w mózgu: plastyczność synaptyczną i bramkowanie neuronalne.

Plastyczność synaptyczna to zdolność dzięki której możliwe jest podniesienienie efektywności połączenia między dwoma neuronami, gdy te są jednocześnie – lub niemal jednocześnie – aktywne. Mechanizm ten jest podstawą uczenia się i pamięci długotrwałej. Mechanizm bramkowania neuronalenego jest z kolei oparty na właściwościach niektórych neuronów, które działają jak przełączniki – kontrolując przepływ sygnału od innych neuronów. Gdy przełącznik jest „włączony”, neurony te przekazują sygnał z jednej części mózgu do innej, w przeciwnym przypadku – blokują ten sygnał. Dzięki plastyczności synaptycznej system uczy się, jak kontrolować sygnały, które „otwierają” i „zamykają” bramki neuronalne po to, aby sprawować kontrolę nad przepływem informacji pomiędzy różnymi częściami mózgu.

Aby sprawdzić czy opisany powyżej model się sprawdza poddano go następującemu testowi: wykorzystywano bazę ponad 1500 zdań zaczerpniętych z corpusu wypowiedzi dziecięcych . W odpowiedzi na trening, stworzony model poznawczy „odpowiedział” 500 zdaniami zawierającymi rzeczowniki, czasowniki, przymiotniki, zaimki i inne części mowy, dając tym samym wyraz swoim możliwościom symulacji wielu aspektów przetwarzania języka, jakimi dysponuje umysł ludzki.

Karol Chlipalski

Źródło: A Cognitive Neural Architecture Able to Learn and Communicate through Natural Language; Bruno Golosio, Angelo Cangelosi, Olesya Gamotina, Giovanni Luca Masala; PLOS; Published: November 11, 2015; DOI: 10.1371/journal.pone.0140866

Serwis "Wszystko o dwujęzyczności" jest dostępny na licencji Creative Commons Uznanie autorstwa 3.0 Polska. Pewne prawa zastrzeżone na rzecz Uniwersytetu Warszawskiego. Utwór powstał w ramach projektu finansowanego w ramach konkursu „Współpraca z Polonią i Polakami za granicą w 2015 r.“ realizowanego za pośrednictwem MSZ w roku 2015. Zezwala się na dowolne wykorzystanie utworu, pod warunkiem zachowania ww. informacji, w tym informacji o stosowanej licencji, o posiadaczach praw oraz o konkursie „Współpraca z Polonią i Polakami za granicą w 2015 r.".