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
Комментарии (12)
datacompboy
02.08.2019 09:47Не числа а количества же. Ну или численности.
Сами числа распознаются иначе; это только восприятие количества есть
phenik Автор
02.08.2019 10:43Сами числа распознаются иначе; это только восприятие количества есть
Нейроны числа реагируют именно на это число объектов с наибольшей вероятностью. Если вы о распознавании изображений или названий чисел, то конечно они распознаются иначе.
uhf
02.08.2019 10:24Ну это только на малом количестве работает. 2 объекта от 3-х легко отличить, а вот 10 от 11 уже нет.
phenik Автор
02.08.2019 10:47+1Ну это только на малом количестве работает.
Да, установлено, что это чувство также подчиняется психофизическому закону Вебера-Фехнера, как и другие ощущения.
noonv
02.08.2019 11:50Опередили меня :) Я ещё в июне наткнулся на эту статью и стал изучать эту тему.
Проведённый эксперимент с ИНС довольно интересный и сейчас довольно легко повторить его самостоятельно.
Однако, не готов согласиться с выводами авторов статьи — больше похоже, что данное «восприятие» в ИНС остаётся на «текстурном» уровне и хотя и соотносится с количеством, но совсем ему не тождественно.phenik Автор
02.08.2019 14:20+1Однако, не готов согласиться с выводами авторов статьи — больше похоже, что данное «восприятие» в ИНС остаётся на «текстурном» уровне и хотя и соотносится с количеством, но совсем ему не тождественно.
По моему это из разряда психофической проблемы обнаружения сигналов, точнее различения двух близких сигналов, когда хвосты распределений вероятностей обнаружения накладываются. И вопрос реализации состоит в том, как можно сделать эти распределения более узкими, и минимизировать наложение хвостов. Всегда имеются ограничения, в том числе и в мозге эволюция реализовала компромиссное, не идеальное решение. Собственно она такое решение для всех ощущений нашла, и отсюда следует закон Вебера-Фехнера.
Данная тема мне интересна тем, что она затрагивает проблему реализации субъективных состояний в интеллектуальных системах, как естественного, так и искусственного происхождения. В том плане, что эти состояния подчиняются вполне определенным физическим ограничениям. И в какой-то степени развеивают туман нагнанный на эту проблему философами аналитиками, в виде «трудной задачи сознания», и не проходимой грани между описанием этих субъективных состояний (проблема квалия) и нейрофизиологическими коррелятами.
noonv
02.08.2019 11:54Если кого заинтересовала данная тема, то вот целый номер журнала посвещённый этому:
The origins of numerical abilities
Jogger
То есть, они посмотрели как работает нейросеть, и решили что мозг работает так же? Мне одному кажется что это несколько притянуто за уши?
Mimizavr
Это нормально. Моделирование мозга с помощью нейросетей — это распространённый приём и он даёт практические результаты. Тут скорее посмотрели работу мозга, затем сделали нейросеть по подсмотренным принципам и проанализировали её работу. Вот ещё пример такой модели.
noonv
Немного не так. Если посмотреть внимательнее, то ранее они проводили подобные эксперименты с живоными (обезьяны), а сейчас сделали модель ИНС.
noonv
даже здесь про это было — habr.com/ru/post/380983