«Чувство числа» возникает из распознавания видимых объектов
Результаты нового исследования искусственного интеллекта указывают на то, что зрительная система спонтанно создает чувство числа без предварительного опыта подсчета.
У людей и животных есть «чувство числа», врожденная способность подсчитывать количество объектов в сцене. Считается, что нейронной основой этой способности являются так называемые нейроны числа, которые реагируют на определенные числа и были обнаружены в мозге человека и животных. Исследователи долго задавались вопросом, формируются ли эти нейроны числа в мозге только благодаря способности видеть — и если да, то как? Теперь группа исследователей во главе с профессором Андреасом Нидером из Института нейробиологии Университета Тюбингена изучила происхождение чувства числа, используя искусственную нейронную сеть. Результаты показывают, что чувство числа возникает спонтанно в визуальной системе без какого-либо опыта в подсчете. Исследование было опубликовано в издании Science Advances.
Исследователи начали с процедуры глубокого обучения искусственной нейросети распознаванию изображений объектов, таких как теннисные мячи, ожерелья, пауки и собаки. «Сетевая модель основана на архитектуре, структурированной как ранняя стадия развития зрительной коры человека», — объясняет Андреас Нидер. «Там было обнаружено, что нервные клетки работают вместе на разных иерархических уровнях, чтобы обеспечить зрение.» Искусственная сеть научилась распознавать объекты на основе 1,2 миллиона изображений, классифицированных на тысячу категорий. После обучения сеть могла с высоким процентом успеха классифицировать тысячи новых изображений.
Сеть состоит из двух частей. Первая часть извлекает особенности объектов из изображений и преобразует их в абстрактное представление; вторая сортирует объекты по категориям основываясь на вероятности. «Мы разделили части сети, и первой представили не фотографии, а простые рисунки точек, от одной до 30 точек», — говорит Нидер. В следующих циклах эксперимента паттерны повторялись с различным числом точек и плотностью размещения. Затем исследователи проанализировали, реагируют ли нейроны сети на одинаковое количество точек независимо от других характеристик. «Оказалось, что почти десять процентов искусственных нейронов специализировались на определенном числе точек, хотя сеть специально не обучалась различать числа. Сеть спонтанно развила чувство числа», — говорит Нидер.
Исследователи предполагали, что способность считать развилась внутри зрительной системы. По словам Нидера, основная задача зрения — распознавать видимые объекты. Новое исследование показывает, как нейроны числа могут спонтанно возникнуть в искусственной зрительной системе, которая была обучена распознавать только видимые объекты. Кроме того, реакция искусственных нейронов напоминала реакцию реальных нейронов числа у животных и людей. «Чувство числа, по-видимому, не зависит от конкретной, специализированной области мозга, а скорее от нейронных сетей, сформированных зрением. Теперь это позволяет объяснить, почему даже дети или необученные дикие животные имеют чувство числа», — поясняет Нидер.
Оригинальная публикация: «Number detectors spontaneously emerge in a deep neural network designed for visual object recognition». Khaled Nasr, Pooja Viswanathan, Andreas Nieder.
Science Advances. doi:10.1126/sciadv.aav7903
Источник: https://neurosciencenews.com
