Мозг пчелы может стать ключом к созданию более умного искусственного интеллекта

Пчёлы необычным образом сочетают работу мозга и тела, используя движения полёта для упрощения сложных зрительных задач. Эта природная стратегия может изменить подход к проектированию ИИ. Фото: Shutterstock

Новое открытие о том, как пчёлы используют свои движения в полёте для облегчения невероятно точного обучения и распознавания сложных визуальных образов, может кардинально изменить подход к разработке искусственного интеллекта следующего поколения. К такому выводу пришли исследователи из Университета Шеффилда.

Создав вычислительную модель — цифровую версию мозга пчелы — учёные обнаружили, что движения тела во время полёта помогают формировать визуальную информацию и генерировать уникальные электрические сигналы в мозге насекомых. Эти движения создают нейронные сигналы, которые позволяют пчёлам легко и эффективно идентифицировать предсказуемые особенности окружающего мира. Эта способность означает, что пчёлы демонстрируют удивительную точность в обучении и распознавании сложных визуальных образов во время полёта, например, тех, что встречаются на цветках.

Модель не только углубляет наше понимание того, как пчёлы учатся и распознают сложные узоры через движения, но и прокладывает путь для ИИ следующего поколения. Она демонстрирует, что будущие роботы могут быть умнее и эффективнее, если будут использовать движение для сбора информации, а не полагаться на огромные вычислительные мощности.

«В этом исследовании мы успешно продемонстрировали, что даже самый крошечный мозг может использовать движение для восприятия и понимания окружающего мира. Это показывает нам, что небольшая, эффективная система — хотя и результат миллионов лет эволюции — способна выполнять вычисления, гораздо более сложные, чем мы считали возможным ранее», — заявил профессор Джеймс Маршалл, директор Центра машинного интеллекта Университета Шеффилда и старший автор исследования.

«Использование лучших природных дизайнов для интеллекта открывает дверь для следующего поколения ИИ, способствуя прогрессу в робототехнике, самоуправляемых транспортных средствах и обучении в реальном мире».

Исследование, проведённое в сотрудничестве с Лондонским университетом королевы Марии, недавно опубликовано в журнале eLife. Оно основывается на предыдущей работе команды по изучению того, как пчёлы используют активное зрение — процесс, при котором их движения помогают собирать и обрабатывать визуальную информацию. Если более ранняя работа наблюдала, как пчёлы летают и исследуют определённые узоры, то новое исследование даёт более глубокое понимание основных механизмов мозга, управляющих этим поведением.

Сложные способности пчёл к изучению визуальных образов, такие как различение человеческих лиц, давно известны; однако новые результаты проливают свет на то, как опылители ориентируются в мире с такой, казалось бы, простой эффективностью.

«В нашей предыдущей работе мы с восхищением обнаружили обнаружили, что пчёлы используют умный сокращённый путь сканирования для решения визуальных головоломок. Но это лишь говорило нам, что они делают; в этом исследовании мы хотели понять, как», — пояснил доктор ХаДи МаБуДи, ведущий автор и исследователь Университета Шеффилда.

«Наша модель мозга пчелы демонстрирует, что её нейронные цепи оптимизированы для обработки визуальной информации не изолированно, а через активное взаимодействие с движениями полёта в естественной среде, что поддерживает теорию о том, что интеллект возникает из того, как мозг, тело и окружающая среда работают вместе».

«Мы узнали, что пчёлы, несмотря на мозг размером не больше кунжутного семени, не просто видят мир — они активно формируют то, что видят, через свои движения. Это прекрасный пример того, как действие и восприятие глубоко переплетены для решения сложных проблем с минимальными ресурсами. Это имеет серьёзные последствия как для биологии, так и для ИИ».

Модель показывает, что нейроны пчёл тонко настраиваются на определённые направления и движения по мере того, как их мозговые сети постепенно адаптируются через повторяющееся воздействие различных стимулов, совершенствуя свои реакции без опоры на ассоциации или подкрепление. Это позволяет мозгу пчелы адаптироваться к своей среде просто за счёт наблюдения во время полёта, не требуя мгновенного вознаграждения. Это означает, что мозг невероятно эффективен, используя лишь несколько активных нейронов для распознавания объектов, экономя как энергию, так и вычислительную мощность.

Для проверки своей вычислительной модели исследователи подвергли её тем же визуальным задачам, с которыми сталкиваются настоящие пчёлы. В ключевом эксперименте модель должна была различить знак «плюс» и знак «умножения». Модель показала значительно улучшенную производительность, когда она имитировала стратегию реальных пчёл сканировать только нижнюю половину узоров — поведение, ранее наблюдавшееся исследовательской группой.

Даже с небольшой сетью искусственных нейронов модель успешно показала, как пчёлы могут распознавать человеческие лица, подчёркивая силу и гибкость их визуальной обработки.

«Учёные давно задавались вопросом, предсказывает ли размер мозга интеллект у животных. Но такие спекуляции не имеют смысла, если не знать нейронные вычисления, лежащие в основе конкретной задачи», — добавил профессор Ларс Читтка, профессор сенсорной и поведенческой экологии Лондонского университета королевы Марии.

«Здесь мы определяем минимальное количество нейронов, необходимое для сложных задач визуального различения, и обнаруживаем, что эти числа ошеломляюще малы даже для таких сложных задач, как распознавание человеческих лиц. Таким образом, микромозги насекомых способны на продвинутые вычисления».

Это исследование объединяет результаты о поведении насекомых, работе их мозга и результатах вычислительных моделей, показывая, как изучение маленьких мозгов насекомых может раскрыть основные правила интеллекта. Эти открытия не только углубляют наше понимание познания, но и имеют серьёзные последствия для разработки новых технологий.

Источники: sciencedaily.com, University of Sheffield