Изкуственият интелект овладява заблуждаващите се измерения.
Обучили изкуствен човек да разказва интересни истории, изследователи от Тексас се опитаха да отидат по-далеч и да открият механизма на възникване на шизофренията, като отвориха нова глава в историята на медицината - „виртуална експериментална психиатрия“.
Много грешен футбол
Да речем, че сте пропуснали важна футболна игра, но имате приятели, които са гледали мача и вече са се обличали, за да ви разкажат хода на събитията. Приятелите са ярки и прекрасни хора, всички със собствен характер: единият обича да разкрасява, другият - да лъже, третият - да се съсредоточава върху детайлите, четвъртият - да влезе в теорията, петият обърква хронологията на целите, но помни всички наказания и т.н. това беше, сравнявайки версиите и филтрирайки „шумовете“, в крайна сметка ще можете да формирате повече или по-малко реалистична представа за това как са се развивали събитията на терена.
За известно съжаление на опашката забелязахте приятел N, чиито версии на футболни мачове всеки път все повече се различават от останалите, а полезната информация е все по-малко. След като N прекара неразумно количество време, описвайки формата на облаците над стадиона, друго - той установи точна връзка между броя на головете и броя на неоперативните прожектори, или изобщо изумен, казвайки, че самият той застава на целта, папата е треньор на противниците, играта е безполезна и сега той спешно бяга в зоопарка, за да гледа Купата на УЕФА между пингвините.
Засега всичко изглеждаше като ексцентричност, докато вие и вашите приятели разбрахте, че N наистина започна ред в зоологическата градина, след което загуби работата си, жена му го напусна, а той самият води все по-отчужден начин на живот - той се изолира, стана тъжен, започна да се събира плюшени пингвини, не отговаря на обаждания …
В стремежа си да помогнете на N, но отчаяно да намерите общ език с него, вие и вашите приятели се обръщате към специалисти, за да разберете нещо като следното.
Промоционално видео:
Колкото и да е безобиден спектърът на шизоподобни състояния, които завладяват областта на „нормата“, развитите прояви на поведенчески явления, които се случват в случай на N, вече са свързани с зоната на патологичните дисфункции, чиито носители могат да станат напълно неработоспособни, както изпитващи, така и причиняващи страдащи хора.
На въпрос дали е възможно да се върне N от неговите светове във футболния клуб на нормалните хора, експертите ще вдигнат рамене. Въпреки много теории - от екзотични (съзнанието на шизофрения неконтролируемо се разпространява в огромен брой паралелни истории) до по-практични (генетично детерминирани нарушения в допаминовата регулация на мозъчните неврони), механизмите, които предизвикват подобно поведение, не са ясни. Така че не е необходимо да се разчита на успешна корекция: шизофреничните симптоми могат да бъдат спрени с помощта на подходящи лекарства, но, първо, не завинаги и второ, с цената на тежки странични ефекти.
В момент на обезкуражаване, когато стана ясно, че случай N е голям и нерешен научен проблем, пред светлия ум идва един от вашите приятели - специалист по изкуствен интелект, невронни мрежи и автоматизирани системи за търговия.
Тъй като експертните системи за самообучение, имитиращи работата на невронната мрежа на мозъка, демонстрират добри резултати при изучаването на пазара и прогнозирането на цената на акциите, защо да не изградим разказвач на роботи - невронна мрежа, която може да помни и преразказва правилно, но по собствени думи, историята на футболните мачове?
Освен това, проучвайки грешките и отклоненията, които прави N при преразказване на съвпадения, може да се опита да симулира подобни отклонения в нервната система на робота, като промени параметричните настройки на възлите на невронната мрежа.
Постепенно, използвайки метода за подбор, ще бъде възможно да се установи кой от ансамблите в невронната консерватория N при споменаването на, да речем, последната победа на Спартак, вместо предписания клубен химн, походът на Менделсон започва да играе. По този начин, като посочите на специалистите какво точно се е счупило в главата на N и какво точно трябва да се коригира там, можете да увеличите шансовете за ранното му завръщане в гънката на адекватните футболни фенове.
DISCERN - "правилен" и "шизофренен" неврокомпютър
Това е пътят, който поеха Юлай Грейсман и Ристо Микулайнен от катедрата по компютърни науки в Тексаския университет (САЩ), които ръководеха смесена изследователска група за изследване на шизофрения от специалисти по изкуствени невронни мрежи и служители на катедрата по психиатрия в Йейлския университет. Те изградиха изкуствена невронна мрежа, наречена DISCERN, която може да запаметява и преразказва истории, обучава я и след това изпълнява върху нея няколко хипотетични невродисфункции, по презумпция отговорни за развитието на шизофрения, сравнявайки ефектите, произведени с реалните аномалии, наблюдавани в група пациенти с шизофрения.
Резултатите от експеримента са публикувани в списанието Biological Psychiatry.
За разлика от класическия компютър, който записва истории „такива, каквито са“в своята памет или индексира отделните им общи елементи (да речем, думи или дори букви) в безкрайно мащабируема база данни, DISCERN невронната мрежа възприема, запомня и възпроизвежда информация, ръководена от „правилните“взаимоотношения между отделни елементи и по този начин имитиращи работата на истински мозъчни ансамбли.
Изборът ни на думи, които са по-подходящи една за друга „по смисъл“в изкуствена невронна мрежа, съответства на избора на статистически по-вероятни връзки между елементите на мрежата. Фиксирането на "правилните" взаимоотношения се постига чрез "обучение" на невронната мрежа.
DISCERN изкуствена невронна мрежа архитектура. Ученето, запаметяването и възпроизвеждането на истории се случва във верига от невромодули. Обратно на часовниковата стрелка от "влизане": анализатор на изречения, анализатор на историята, епизодична памет, генератор на история, генератор на изречения. Отделен блок показва диаграма на генератора на историята - многослоен персептрон, обратно свързан с епизодичната памет. DISCERN невромодулите комуникират помежду си чрез разпределено представяне на "значението" на думите - фиксирани модели на невронно активиране: активират се само онези връзки, които имат по-голям коефициент на тежест или "повече" значение. Коефициентите и моделите се фиксират чрез обучение на мрежата: в крайна сметка, получавайки определени сигнали на входа, мрежата трябва да се научи да произвежда правилни сигнали на изхода."Входните" сигнали са първите редове от историите, запомнени от мрежата: мрежата трябва да преразказва останалата част от историята.
Сърцето на архитектурата на DISCERN е генераторът на историята. При по-внимателна проверка се оказва класически многослоен персептрон (виж илюстрацията), познат ни от развиващите се швейцарски роботи. В случая на швейцарците, задачата на персептрон беше да възприема външна информация ("входящия" слой от неврони), да установи правилните връзки (междинен скрит слой - "намери куба") и да произведе решение ("изходните" неврони - да стигне до куба и да транспортира).
В DISCERN информацията от модула на епизодичната памет се подава към „входните“неврони и слоят „изход“е свързан едновременно с епизодичната памет и „генератора на изречения“. В хода на многобройни тренировъчни цикли швейцарският перцептрон се научи да разпознава и транспортира кубчета, в случай на DISCERN, за „правилно“възпроизвеждане на историите, които нервната мрежа запомни.
Започвайки да тренирате мрежата с произволни стартови конфигурации на невронни връзки, можете да получите различни видове разказвачи, които ще разказват една и съща история по малко различни начини - точно както приятелите ви преразказват едно и също съвпадение малко по-различно.
Тексасите се ограничиха до тридесет конфигурации (въпреки че може да има колкото искате), които те нарекоха „инстанции“(всъщност това са виртуални личности-разказвачи).
Синдром на мозъка с преувеличение - основната причина за натрапчивите шизофренични заблуди?
Общо тридесет копия на DISCERN се научиха да оперират с речник с 159 думи, да преразказват 28 истории, вариращи от три до седем прости изречения, и да разграничават „лошите“истории от „добрите“. Историите бяха разделени на автобиографични „позитивни“за лекаря (пример: „Бях лекар / работех в Ню Йорк / обичах работата си / бях добър лекар“) и „отрицателни“за гангстер („Тони беше гангстер / Тони работи в Чикаго / Тони мразеше работата си / Тони беше лош гангстер “).
На следващия етап на експеримента бяха избрани група пациенти с шизофрения (37 души) и контролна група здрави хора (20 души). Всички бяха помолени да слушат и запомнят три прости истории и след това да ги преразказват - веднага, след 45 минути и след седмица.
След анализ на получените текстове и за двете групи бяха съставени обобщени профили, в които се записват наблюдаваните отклонения (подмяна на лица, лексикални отклонения, промени в скриптове и др.).
И накрая, в последния етап на експеримента, чрез промяна на параметричните състояния на отделните невроблокове в тридесет виртуални разказвачи на DISCERN, са регистрирани същите отклонения, както в реалните профили.
Бяха тествани общо осем хипотетични невродисфункции, по презумпция отговорни за развитието на шизофрения.
Това са нарушения, свързани с паметта (прекъсване на невронните връзки, кортикален невро шум, потискане на неврорепонента, свръхвъзбуждане на неврони), асоциативни дисфункции (аберации на семантични връзки, хиперасоциация, замъгляване и смесване на семантични сигнали) и сигнални дисфункции (хипер-увеличен мозъчен отговор на грешка при прогнозиране или т.нар. Синдром вероятно се провокира от повишена експозиция на допамин).
Както се оказа, само два сценария провокираха разстройства в DISCERN разказвачите, подобни на тези, наблюдавани при шизофрениците в реалния живот.
Това се оказаха дисфункции на паметта и „синдром на хиперобучение“, когато мозъкът губи способността си да забравя или игнорира информация, като по този начин поддържа нормална пропорция между шум и сигнал.
Ефективна графика на експеримента DISCERN: само два сценария - дисфункция на паметта или работна памет и преучене (горни и долни редове) - успя да се приспособи към профилите на наративните отклонения в шизофренната група (вляво). Когато се адаптираше към профилите на здравата контролна група, вече не беше необходимо да се променят параметричните настройки на невромодулите.
Забравил как да „забравя“, мозъкът губи способността да различава значителна информация от огромен брой вълнуващи сигнали и започва или да установява връзки, които в действителност (поне в реалността на нашата Вселена) се оказват неработещи (пингвините, които играят футбол, са сигнал, получен при гледане Американски анимационен филм „Щастливи крака“, не игнориран от мозъка и усилен) или се удавя в море от сигнали, неспособни да ги организира в една последователна история.
В случая с разказвачите на DISCERN, синдромът на хиперобучение (симулиран чрез увеличаване на броя на контурите за обратна връзка с епизодична памет) доведе например до факта, че разказващите роботи започнаха да смесват някои автобиографични истории с други, замествайки лица (добър лекар се оказа, например, зъл гангстер) и действия (в една от разказаните истории добър лекар се обвини в извършване на терористична атака, в друга той нарече гангстер негов шеф). Тоест, те създадоха илюзорни ситуации, специфични за симптоматиката на шизоподобните заблуди.
Разбира се, резултатите от виртуални експерименти с изкуствена невронна мрежа все още не са окончателно доказателство за правилността на една или друга хипотеза, обясняваща развитието на шизофрения. Самият факт обаче, че изкуствена невронна мрежа, работеща на принципи, подобни на мозъка, в някои случаи демонстрира поведение, подобно на това на истинските пациенти, отваря много вълнуващи перспективи за медицината, която получи в ръцете си толкова мощен нов инструмент като виртуална експериментална психиатрия.
Всичко това е наред, но парадоксът на експеримента се състои в това, че ако нервната система на роботите на бъдещето имитира човека (което е точно това, което се случва досега), във футболния си клуб трябва да се появят и странни субекти, които възприемат обикновен футболен мач като вълнуваща екскурзия в паралелна реалност, от което за съжаление все още няма връщане.