Sciencemag.cz
Doporučujeme
I jednoduché problémy lze řešit různými způsoby. Když si člověk vybírá pokladnu v supermarketu, může třeba srovnávat počet lidí ve frontě, množství zboží na pásech nebo i předpokládat, že paní pokladní bude rychlejší než pan pokladní.
Zajímavé je, že podle nové studie mozek často ale výpočty pro jednotlivé strategie provádí současně – ne že by je pak ale na závěr kombinoval. Vědci to tvrdí na základě speciálně navrženého experimentu, kdy pokusné myši ve virtuální realitě hledaly vodu. Jakékoli místo ve virtuálním světě poskytovalo vodu pouze nespolehlivě a mohlo v určitém okamžiku „vyschnout“ i natrvalo. Myši se proto musely rozhodnout, kdy se vyplatí danou lokalitu opustit a přesunout se jinak.
Pro optimální řešení úlohy bylo (tak, jak byla situace konkrétně zkonstruována v daném případě) nejlepší, kdyby se myši naučily počítat počet po sobě jdoucích neúspěšných pokusů o získání vody na daném místě a změnily místo, když by tento počet byl dostatečně velký. Smysl však obecně dávají i jiné strategie, například počítat rozdíl mezi počtem úspěšných a neúspěšných pokusů na daném místě (nebo trochu složitěji počítat pro dané místo podíl úspěchu). Každá strategie kombinuje neúspěšné a úspěšné pokusy v čase určitým způsobem (obecně je logické přisuzovat větší význam novějším výsledkům, ale jak přesně…?).
Nyní přichází kouzlo. Podle autorů studie se provádění každé z možných strategií projeví odpovídající mozkovou aktivitou. Výzkumníci zaznamenávali aktivitu velkých souborů jednotlivých mozkových buněk v premotorické kůře, zatímco myši plnily úkol. Poté hledali kombinace časových profilů aktivity zaznamenaných premotorických neuronů, které se podobaly rozhodovacím proměnným spojeným s různými strategiemi (tj. jak se konkrétně dojde k číslu, které v dané strategii rozhoduje o tom, zda myš změní místo).
K překvapení autorů data ukázala, že zatímco každá myš se chovala podle své vlastní strategie, jejich mozky se na ni nesoustředily, nebo alespoň ne zcela. Spoluautorka studie Fanny Cazettes z lisabonské Champalimaud Foundation vysvětluje: „Zjistili jsme, že aktivita v premotorické kůře sice odrážela výpočet, který myš skutečně používala, ale odrážela také alternativní rozhodovací proměnné užitečné pro stejný úkol, a dokonce i rozhodovací proměnné užitečné pro jiné úkoly.“
Třeba z pohledu učení (u lidí) z toho vyplývá, že zřejmě máme vyšší kognitivní plasticitu. Když se rozhodneme pro jinou strategii, „máme její výsledky už k dispozici“, nemusíme je počítat znovu. Tento přístup by se mohl nějak využít i pro vývoj pružnějších a přizpůsobivějších systémů strojového učení, třeba pro situace s velkou mírou nejistoty nebo složitosti.
Fanny Cazettes, A reservoir of foraging decision variables in the mouse brain, Nature Neuroscience (2023). DOI: 10.1038/s41593-023-01305-8. www.nature.com/articles/s41593-023-01305-8
Zdroj: Champalimaud Centre for the Unknown (Lisabon) / MedicalXpress.com
Poznámky PH:
Celé je to velmi zajímavé, ale jak se vlastně z mozkové aktivity konkrétně vyvodilo, že se počítá více strategií současně?
Výše uvedené „jaký výpočet myš skutečně používala“ lze odvodit z toho, jak se rozhodla – u jiných postupů by výsledkem bylo jiné rozhodnutí. Jenomže byla možná pouze dvě rozhodnutí, zůstat nebo se přesunout, takže u pěti strategií už nelze říct, jaká z nich byla použita (dávají stejné výsledky; a příště už mohla být použita jiná strategie).
Jak se navíc zdá, neprovádí se pak žádné zprůměrování různých strategií, ale prostě se zvolí jedna jediná – u člověka by tento experiment samozřejmě nejspíš odpovídal tomu, čím by se řídil vědomě? Kdoví, nicméně lidí se na rozdíl od myší pak můžeme zeptat, i když třeba budou dávat zkreslené odpovědi.
Pak je samozřejmě otázka, k čemu se vůbec alternativní strategie provádějí (počítají), když se pak rozhoduje podle jedné (zřejmě předem dané?). Není to zbytečné zatěžování zdrojů? (Nebo třeba když všechny ty „souběžně prováděné“ strategie dají jiný výsledek než ta hlavní, tak se přece jen ještě přehodnocuje?)
U člověka i myši bude nejspíš rozhodování příslušné strategii odpovídat spíše volně, přece jen neprovádíme přesný algoritmus? (Nebo ano? Samozřejmě bez ohledu na to, čeho jsme si vědomi, ostatně čeho přesně si je vědoma myš…)
Určitě to obecně není tak, že bychom jiné strategie už znali (dejme tomu řešíme případ, kdy se někdo rozhoduje chybně), nemuseli se je učit, pouze se pro ně měli umět rozhodnout.
Mně na tom nic moc zvláštního nepřipadá. CNS je masivně paralelní neuronová síť, takže podnět vyvolává různé „asociační dráhy“ a to paralelně. Z těch si vědomí jakožto „ohnisko soustředění“ vybírá, co se zrovna hodí.
Pokud si představím fungování CNS autonomního agenta jako „zobecněný zpětnovazební regulátor“, mohla by makro-architektura vypadat cca takto:
Vstupy vnější (senzory) a vnitřní (low-level stavové proměnné organismu)
Komparátor s referencemi a cíli, možná již jako vstup/součást lokální hlavní smyčky vědomí
Hlavní smyčka vědomí {
Pozornost na bázi pracovní krátkodobé symbolické paměti
Generování asociací, s částečným zohledněním cílů / referencí (neokortex a nižší vrstvy); predikce
Filtr symbolů paralelně vrácených z asociativní paměti
}
…plus nějaké ty aktuátory = motorická část CNS
Celé je to reálně mnohem složitější / vrstevnaté, v živém organismu který je výsledkem milionů let chaotické evoluce (nikoli top-down designu). Řídících smyček je několik, jednak autonomních pro různé low-level oblasti, a nakonec vědomí se symbolickým uvažováním, což je patrně taková nejpomalejší a snad nejvyšší úroveň řízení. Bylo by skvělé, najít v tom systému nějaká rozhraní mezi bloky / bavit se o kódování symbolů / myšlenek / memů apod. pro potřeby manipulace s nimi v „centru pozornosti“, ale obávám se, že najít v těch špagetách nějaký smysl a ostré hranice bude velice obtížné, když ani nemáme dostatečně detailní zobrazovací metody v globálním měřítku. Živá CNS nemá JTAG ani ladící výstup 🙂
Taky se nedivím, že mozek počítá paralelně více řešení. Můžu mít svou hlavní (subjektivně nejlepší) strategii, ale pro případ nenadálých obtíží (třeba kočka v cestě) je asi dobré mít v záloze i další možné varianty. A mít je alespoň hrubě předanalyzované může být výhoda…
mne to prijde zajimave az necekane, ale, pravda, jen kvuli tomu, ze je to v rozporu s nasi vedomou zkusenosti, ktera je „seriova“, provedete vypocet podle jedne metody, pak podle druhe… muzete pocitat a pritom loupat cibuli, ale pocitat dve veci soucasne?
jeste me k tomu napada – paralelismus v tom smyslu, ze o nejakych vecech premyslite aktualne, ale jine vam jakoby stale bezi na pozadi. ale to bude zase neco trochu jineho, zde je vic strategii pro ten samy problem…