Os neurônios artificiais estão subestimando o poder de seus modelos biológicos?
Dez anos após as primeiras previsões teóricas, pesquisadores demonstraram que um neurônio biológico isolado pode realizar um cálculo que se acreditava impossível. Publicado na revista
Scientific Reports, este trabalho sugere que usar neurônios artificiais mais complexos melhoraria a eficiência das redes neurais.
Se as redes neurais resolvem todos os tipos de cálculos, o que pode fazer um neurônio isolado? Os modelos vigentes há mais de cinquenta anos consideram que suas capacidades permanecem limitadas, e é com base nesse modelo que as inteligências artificiais atuais foram construídas.
No entanto, elas são particularmente consumidoras de energia e pouco eficientes em comparação com o que a natureza faz, o que leva alguns cientistas a pensar que um neurônio teria, na verdade, mais habilidades do que se supunha.
Pesquisadores do Instituto de Eletrônica, Microeletrônica e Nanotecnologia (
IEMN, CNRS/Univ. de Lille/Univ. Polytechnique Hauts-de-France), do Laboratório de Neurociências Cognitivas e Computacionais (
LNC2, INSERM/ENS - PSL) e do laboratório Genes, Sinapses e Cognição (
GSC, CNRS/Institut Pasteur) mostraram que um neurônio isolado é capaz de realizar mais cálculos lógicos do que se acreditava.
Esses cálculos pertencem à categoria de operações linearmente não separáveis, que os modelos clássicos de neurônios artificiais isolados não conseguem resolver. Essa incapacidade pode ser uma das razões para a falta de eficiência energética das redes atuais.
Neste estudo, neurônios biológicos resolveram sozinhos um problema em que é necessário reagir apenas quando estímulos excitatórios que codificam formas são associados a outros que codificam cores. Para fazer os neurônios calcularem, eles são estimulados por um neurotransmissor excitatório, o glutamato. Este é aprisionado em gaiolas de onde é liberado por feixes de laser, permitindo um controle preciso da estimulação do neurônio. Os diferentes locais onde o glutamato atua permitem ao neurônio realizar a operação desejada. Um eletrodo fixado no neurônio verifica que ele se ativa quando as condições estão corretas, o que ele consegue fazer com sucesso.
Imagem de microscopia por excitação a dois fótons de um neurônio usado no estudo. Os pontos coloridos nos ramos 1 e 2 indicam os pontos excitados por glutamato, enquanto os do ramo 3 são excitados por estimulação elétrica. A escala é de 20 µm. O grande elemento branco corresponde à pipeta que mede a atividade do neurônio.
© Cazé et al.
A equipe do IEMN quer agora determinar se neurônios artificiais com essa capacidade formariam redes neurais artificiais mais eficientes.
Fonte: CNRS INSIS