Способность человека готовить хлеб облегчает освоение рецепта торта, поскольку он использует уже приобретенные навыки. Однако нейросети сталкиваются с проблемами, когда дело доходит до применения аналогичных знаний. Исследователи из Принстона в своей статье в Nature описали концепцию «когнитивных Лего», которая объясняет, как префронтальная кора мозга формирует новые навыки, комбинируя готовые модули.
В ходе эксперимента с макаками-резусами, ученые проверили их способности к визуальной категоризации, выявив, что мозг использует одни и те же нейронные паттерны для схожих задач. Кроме того, мозг подавляет нерелевантные блоки, позволяя сосредоточиться на текущей задаче. Тим Бушман, старший автор исследования, отметил, что нейронные группы функционируют аналогично функциям в программировании. В отличие от этого, нейросети сталкиваются с катастрофическим забыванием, перезаписывая старые знания при обучении новым. Это открытие может улучшить машинное обучение и помочь в терапии неврологических расстройств.
Вопрос-ответ
В чем заключается концепция «когнитивных Лего», описанная в статье?
Это концепция, согласно которой префронтальная кора мозга формирует новые навыки не с нуля, а путем комбинирования уже существующих, готовых нейронных модулей («блоков»). Подобно конструктору Лего, мозг использует старые элементы для создания новых структур, что позволяет эффективно осваивать схожие задачи.
Каково ключевое различие между обучением человеческого мозга и нейросетей?
Человеческий мозг повторно использует и комбинирует нейронные паттерны для новых задач, а также подавляет нерелевантные из них. Нейросети же часто сталкиваются с «катастрофическим забыванием» — при обучении новому они могут полностью перезаписать и утратить ранее полученные знания, вместо того чтобы интегрировать их.
Где могут быть применены результаты этого исследования?
Открытия могут помочь в двух основных областях: в улучшении систем машинного обучения, чтобы сделать их более гибкими и эффективными, а также в медицине — для разработки новых подходов к терапии неврологических расстройств, связанных с нарушением когнитивных функций.
Каким образом механизм подавления «нерелевантных блоков» помогает мозгу при освоении новых навыков?
Этот механизм работает как фильтр, позволяя мозгу сосредоточить свои ресурсы только на тех нейронных модулях, которые непосредственно относятся к выполняемой задаче. Подавляя активность неактуальных навыков, мозг избегает путаницы и интерференции, что повышает точность, скорость и эффективность обучения. Например, при переключении с выпечки хлеба на приготовление торта мозг может подавить модуль, связанный с замешиванием плотного дрожжевого теста, и активировать модуль для взбивания легкого бисквита.