Исследователи из Института ИИ МФТИ и МГУ впервые с помощью ИИ-модели изучили, как птицы формируют зрительные категории окружающих предметов. Оказалось, что если память сформирована в правом полушарии, то она со временем переходит в левое, но не наоборот. Исследование открывает путь для создания систем, способных к быстрому обучению и эффективному переносу знаний между задачами. Результаты исследования представлены на международной конференции Volga Neuroscience Meeting 2025.
Объединять похожие объекты в общие категории, например, отличать съедобное от несъедобного — базовая способность животных, необходимая для обучения. Но как формируются эти категории внутри мозга? Механизм этого процесса не изучен до сих пор.
Ученые Института ИИ МФТИ и МГУ детально изучили, как происходит категоризация объектов, на примере птиц с помощью модели быстрого зрительного категоризационного обучения – «bead floor», или «бусиничный пол».
В экспериментальной камере разместили пластину из оргстекла с приклеенными к ней бусинами разных цветов. Между бусинами рассыпали корм, количество гранул которого приблизительно совпадало с числом бусин. Так, птица, совершая клевки, должна научиться отличать зерна от бусин, формируя категорию «несъедобное». С помощью камер ученые анализировали поведение птиц и затем отслеживали логику принятий решений.
Поведение птиц оказалось неслучайным: в среднем, частота ошибок — клевков по бусинам вместо корма, уменьшается, и птицы постепенно формируют новую категорию объектов — «несъедобное».
«Мы разработали новый дизайн эксперимента, в котором цыплятам последовательно предъявляли три монохромных бусиничных пола. Целью такого последовательного предъявления было определение момента формирования категории в процессе обучения. Результаты показали, что при последовательном предъявлении также формируется категория, но алгоритм категоризации зависит от последовательности предъявления цветов. Этот феномен может быть связан как с врожденными функциональными системами цыплят, так и с их индивидуальным опытом», — рассказала Екатерина Диффинэ, сотрудник МГУ, аспирант биологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова.
Для анализа обучения на многоцветном бусиничном полу ученые обучили скрытую Марковскую модель предсказывать последовательности параметров клевков: цвет бусины или корм.
«Оказалось, что наблюдаемые последовательности единичных поведенческих актов могут быть обусловлены некоторыми скрытыми марковскими состояниями, то есть имеют дополнительную структуру. После исключения клевков по корму дополнительная структура исчезает. Таким образом, обнаруженная ранее “структура” объясняется, по-видимому, как включением подкрепляемых действий, так и цветом бусин», — поделился Евгений Дживеликян, инженер-исследователь Центра когнитивного моделирования Института ИИ МФТИ.
Также ученые изучили роль асимметрии мозга, проводя обучение птиц с одним закрытым глазом. Из-за почти полного перекреста зрительных нервов у птиц информация от каждого глаза обрабатывается в основном противоположным полушарием.
Когда через три часа после обучения птицу тестировали с другим открытым глазом, количество ошибок резко возрастало. А значит, память о категории первоначально остается только в том полушарии, которое получило зрительный опыт.
«У цыплят мы наблюдаем асимметричный перенос памяти — она может передаваться из правого полушария в левое, но не наоборот. Вероятно, левое полушарие играет ключевую роль в консолидации категориальной памяти», — пояснила Анна Тиунова, ведущий научный сотрудник Института перспективных исследований мозга МГУ.
Механизмы, выявленные у птиц, могут лечь в основу новых архитектур ИИ для последовательного принятия решений. Например, автономных роботов, которые методом проб и ошибок учатся отличать полезные объекты от бесполезных в незнакомой среде.
Информация предоставлена пресс-службой МФТИ
Источник фото: ru.123rf.com
