Viktige takeaways
- Den menneskelige hjerne benytter en kompleks prosess for å lære og forstå språk.
- Ved hjelp av A.I. analyserte en nylig studie deltakernes hjerneaktivitet for å avsløre et nettverk av regioner som jobber sammen for å behandle språk.
- Disse funnene kan hjelpe oss til å bedre forstå hjernedysfunksjon og nevrodegenerative sykdommer.
Et av sinnets mange mysterier involverer det komplekse systemet som lar oss forstå språket. Du er i stand til å forstå denne setningen, delvis takket være det systemet som fungerer i hjernen din. Men hvordan, akkurat, fungerer det?
Til tross for at vi bruker dette systemet hver eneste dag, forstår vi ikke helt hvordan hjernen betyr en ordsekvens. I et forsøk på å tegne et bedre bilde av denne prosessen, brukte en gruppe forskere kunstig intelligens og nevroavbildning for å analysere en persons hjerne mens de leste.
Resultatene publisert i Journal of Neuroscience avslørte at forskjellige regioner i hjernen jobber sammen for å få mening i setninger, og kunne informere om utvikling av behandling for ulike former for kognitiv svikt.
Forskningen
Studien så på hjerneaktiviteten til fjorten individer som ble overvåket via funksjonell MR mens de leste 240 forskjellige setninger. Disse setningene hadde blitt kodet av InferSent, en kunstig intelligensmodell som er opplært til å produsere semantiske setningsrepresentasjoner.
Skanningene avslørte at aktivitet skjedde over et nettverk av forskjellige regioner i hjernen, noe som indikerer at i stedet for et sted som fungerer som sentrum for setningsforståelse, jobber flere kortikale regioner sammen for å utføre denne oppgaven.
Andrew Anderson, PhD
Funnene gir et nytt bilde av nettverket i hjernen vår som er opptatt av å forstå setningsbetydning.
- Andrew Anderson, doktorgradDenne spesielle A.I. er viktig ved at det viste seg å forutsi elementer av fMRI-aktivitet som ikke kan forutsies av andre vanlige beregningsmodeller. Dette tillot forskere å forutsi fMRI-aktivitet som gjenspeiler kodingen av setningsbetydning på tvers av hjerneområder.
"Funnene gir et nytt bilde av nettverket i hjernen vår som er opptatt av å forstå setningsbetydning," sier hovedforsker Andrew Anderson, PhD, ved University of Rochester. "Som vi alle vet, er setninger dannet av ordsekvenser, men betydningen av en setning er mer enn summen av orddelene."
Anderson peker på eksemplet med "Bilen kjørte over katten." mot "Katten kjørte over bilen." Til tross for at begge setningene inneholder de samme ordene, forstår hjernen vår at de betyr forskjellige ting. Signalsystemet som lar oss behandle språk på denne måten er utrolig komplisert, men A.I. kan hjelpe oss med å forstå det bedre.
Gjennom maskinlæring kan en beregningsmodell tilnærme betydningen av språk. Ved da å matche den beregningsmodellen med fMRI-informasjonen som fremhever hjerneaktivitet under språkforståelse, kan vi se hvilke hjerneregioner som er aktive i denne oppgaven.
"Det er ikke riktig forstått hvor slike" helhetlige "representasjoner av mening blir kodet når setninger blir lest," sier Anderson. "Er de lokalisert til en enkelt hjerneområde eller mer distribuert over flere regioner? Våre funn peker mot sistnevnte, at setningsbetydningen er kodet gjennom et distribuert hjernenettverk, som spenner over regioner i temporal, parietal og frontal cortex."
A.I. og hjernen vår
Som illustrert av denne studien, A.I. hjelper oss til bedre å forstå den menneskelige hjerne. Samtidig hjelper studiet av den menneskelige hjerne oss til å utvikle mer sofistikerte A.I. Det er et fascinerende og gunstig sirkulært forhold.
"Nesten hvert gjennombrudd i A.I. har hentet fra nevrovitenskap og psykologi, med dype nevrale nettverk og forsterkningslæring er kanskje de to mest fremtredende eksemplene," sier nevrale ingeniør Dhonam Pemba, PhD.
Pemba har grunnlagt flere A.I. selskaper, med særlig fokus på utdanning og språkoppkjøp. Senest var han medstifter av Kidx, en A.I. utdanningsplattform for barn. Han bemerker at mens det å lære og tenke som den menneskelige hjerne er det endelige målet for A.I., krever det enorme mengder data og trening for å komme nær. Kunstig intelligens kan ikke generalisere og ekstrapolere slik den menneskelige hjerne gjør i å lære og behandle språk.
Dhonam Pemba, MD, PhD
Nøkkelen til å forbedre AI og etterligne hjernen ville være å la kunstige nevrale nettverk lære på samme måte som faktiske biologiske nevrale nettverk gjør.
- Dhonam Pemba, MD, PhD"Hjernen vår for språkopplæring er i stand til å starte læring fra tidligere kunnskap," sier Pemba. "For eksempel lærer vi setningsmønstre og er i stand til å bruke nye ord i disse mønstrene uten å bli fortalt eksplisitt, eller vi kan lære den nye betydningen av et ord raskere når vi har lært andre lignende ord."
Potensialet til kunstige nevrale nettverk
Kunstige nevrale nettverk har forbedret beregningsmodeller, og eksperter sier at store fremskritt vil bli gjort innen språkbasert A.I. oppgaver i løpet av det neste tiåret.
Med ytterligere fremskritt innen språkbehandling, tror Anderson at vi etter hvert også vil få en bedre forståelse av hjernedysfunksjon. Ved å bruke A.I. kan det være mulig å vurdere hvordan hjerneområder som er påvirket av nevrodegenerative sykdommer som Alzheimers koder for betydning.
"I tillegg kan vi teste om hjernenettverk har koblet seg om for å gjøre det mulig for andre mindre syke hjerneregioner å ta rollen som syke regioner," sier han. "Dette kan bidra til å karakterisere sykdomsprogresjon, og muligens til og med hjelpe til med å forutsi hvilke personer med høy patofysiologi som vil bukke under for demens og de som ikke vil."
Men fremgang som dette vil ta tid, og fremskrittene i feltet er aldri perfekte.
"Jeg tror fortsatt det er mange utfordringer igjen for å etterligne den menneskelige hjerne," sier Pemba. "For det første forstår vi det ikke fullt ut nok til å konstruere det, og for det andre bruker vi datamaskin og matematikk for å representere det vi ikke vet. Nøkkelen til å forbedre AI og etterligne hjernen ville være å la kunstige nevrale nettverk lære på samme måte som faktiske biologiske nevrale nettverk gjør.
"Men et annet spørsmål er at vi faktisk trenger å etterligne det? Fly flyr ikke som fugler."
Hva dette betyr for deg
Utrolig komplekse systemer er på jobb når du leser eller hører språk. Ettersom fremskritt innen kunstig intelligens hjelper oss til bedre å forstå disse systemene, har vi større sjanse for å forstå og behandle hjernedysfunksjon.
Tospråklighet kan styrke hjernen til barnet i voksen alder, viser studieprogrammer