Til hvers eru gervitauganet notuð og hvernig eru þau ólík raunverulegum tauganetum?

Svar

Í heilanum eru kerfi samtengdra taugafrumna sem nefnast einu nafni tauganet (e. neural networks). Hægt er að lesa um virkni taugafrumna í svari Heiðu Maríu Sigurðardóttur við spurningunni Hvað eru taugaboð og hvernig verka þau? og í svarinu Geturðu útskýrt fyrir mér boðspennu í frumum? eftir Jón Má Halldórsson.

Með tilkomu tölva hófust tilraunir til að búa til líkön af taugafrumum og samskiptum þeirra á milli og úr varð ný reikniaðferð sem gengur undir heitinu gervitauganet (e. artificial neural networks). Í gervitauganeti er fjöldi eininga eða einda sem hver um sig líkir eftir vissum eiginleikum einnar taugafrumu; gervitaugafrumurnar tengjast hver annarri og geta sent boð sín á milli, ekki ólíkt því sem gerist í náttúrulegum tauganetum.


Hér má annars vegar sjá raunverulegar taugafrumur (t.v.) og hins vegar einfalt gervitauganet (t.h.). Grænu eindirnar í hinu síðarnefnda taka við upplýsingum, þær rauðu vinna úr þeim og gula eindin skilar frá sér niðurstöðum úrvinnslunnar.
Gervitauganet hafa reynst mjög nytsamleg til að greina mynstur, til dæmis að þekkja hluti á myndum. Netin má þjálfa með dæmum um það sem þau eiga að þekkja; þannig mætti þjálfa gervitauganet í að greina hvort manneskja sé á ljósmynd eða ekki. Í þjálfuninni yrðu notaðar myndir af fólki og myndir af hlutum sem dæmi; netinu væri sagt hvaða myndir væru af fólki og það þjálfað þangað til það svaraði alltaf rétt við þessum tilteknu myndum. Þjálfunin sjálf getur tekið talsverðan tíma en þegar henni er lokið er netið fljótt að svara. Netið getur þá alhæft út frá því sem því hefur verið kennt og greint fólk á myndum sem það hefur aldrei áður séð.

Stærðfræðilegur grunnur gervitauganeta er traustur og þau hafa reynst notadrjúg í að leysa mörg verkfræðileg vandamál þar sem engar aðrar lausnir hafa fundist. Helstu gallar við gervitauganetin er að það tekur talsverðan tíma að þjálfa þau og velja þarf þjálfunardæmin af mikilli kostgæfni. Jafnframt er erfitt að gera sér nákvæmlega grein fyrir hvað það er sem þau hafa lært og því erfitt að treysta þeim.

Ýmsum spurningum er ósvarað um bæði raunveruleg tauganet og vélrænar eftirlíkingar þeirra. Á næstu árum munu rannsakendur til dæmis leita lausna á því hvernig hægt er að láta sama gervitauganetið læra eitthvað alveg nýtt án þess að skemma það sem það lærði áður. Einnig vantar mikið upp á til að líkön lýsi öllu sem gerist í heilanum á okkur þegar við lærum. Stóra spurningin er enn: Hvernig fer heilinn að því að nýta 100 milljarða taugafrumna til að framleiða huga dýra og manna? Líklega mun taka að minnsta kosti nokkra áratugi að svara þeirri spurningu að einhverju viti.

Frekara lesefni af Vîsindavefnum:

• Er hægt að skilja sinn eigin heila? eftir Ólaf Pál Jónsson.
• Hvað er gervigreind? eftir Ara K. Jónsson.

Frekara lesefni og myndir

• Cadia: Gervigreindarsetur HR.
• ISIR: Félag Íslands um gervigreind og vitvísindi.

Myndir:

• Mynd af taugafrumum er af School of Life Sciences. University of Dundee.
• Mynd af gervitauganeti er af Image: Neuralnetwork.png. Wikipedia, frjálsa alfræðiorðabókin.