Viktiga takeaways
- Den mänskliga hjärnan använder en komplex process för att lära sig och förstå språk.
- Med hjälp av A.I. analyserade en nyligen genomförd studie deltagarnas hjärnaktivitet för att avslöja ett nätverk av regioner som arbetar tillsammans för att bearbeta språk.
- Dessa resultat kan hjälpa oss att så småningom bättre förstå hjärndysfunktion och neurodegenerativa sjukdomar.
Ett av sinnets många mysterier involverar det komplexa systemet som gör att vi kan förstå språk. Du kan förstå den här meningen delvis tack vare det systemet som arbetar i din hjärna. Men hur fungerar det exakt?
Trots att vi använder detta system varje dag förstår vi inte helt hur hjärnan gör mening med en ordsekvens. I ett försök att måla en bättre bild av denna process använde en grupp forskare artificiell intelligens och neurobild för att analysera en persons hjärna när de läste.
Resultaten publicerades i Journal of Neuroscience avslöjade att olika hjärnregioner samarbetar för att göra meningar meningsfulla och skulle kunna informera utvecklingen av behandling för olika former av kognitiv svikt.
Forskningen
Studien tittade på hjärnaktiviteten hos fjorton individer som övervakades via funktionell MR när de läste 240 olika meningar. Dessa meningar hade kodats av InferSent, en artificiell intelligensmodell utbildad för att producera semantiska meningsrepresentationer.
Genomsökningarna avslöjade aktivitet inträffade över ett nätverk av olika regioner i hjärnan, vilket indikerar att snarare än en plats som fungerar som centrum för meningsförståelse, arbetar flera kortikala regioner tillsammans för att utföra denna uppgif.webpt.
Andrew Anderson, doktorsexamen
Resultaten ger en ny bild av nätverket i våra hjärnor som är engagerade i att förstå meningen.
- Andrew Anderson, doktorsexamenDenna speciella A.I. är signifikant genom att det visade sig förutsäga element i fMRI-aktivitet som inte kan förutsägas av andra vanliga beräkningsmodeller. Detta gjorde det möjligt för forskare att förutsäga fMRI-aktivitet som återspeglar kodning av meningsbetydelse över hjärnregioner.
"Resultaten ger en ny bild av nätverket i våra hjärnor som är engagerade i att förstå meningen meningar", säger ledande forskare Andrew Anderson, doktor, vid University of Rochester. "Som vi alla vet är meningar bildade av ordsekvenser, men meningen med en mening är mer än summan av dess orddelar."
Anderson pekar på exemplet "Bilen sprang över katten." mot "Katten sprang över bilen." Trots att båda meningarna innehåller samma ord förstår vår hjärna att de var och en menar olika saker. Signalsystemet som gör att vi kan bearbeta språk på detta sätt är otroligt komplicerat, men A.I. kan hjälpa oss att bättre förstå det.
Genom maskininlärning kan en beräkningsmodell approximera språkets betydelse. Genom att sedan matcha den beräkningsmodellen med fMRI-informationen som belyser hjärnans aktivitet under språkförståelsen kan vi urskilja vilka hjärnregioner som är aktiva i denna uppgif.webpt.
"Det är inte riktigt förstått där sådana" holistiska "representationer av mening kodas när meningar läses", säger Anderson. "Är de lokaliserade till en enda hjärnregion eller mer spridda över flera regioner? Våra resultat pekar mot den senare, den meningen är kodad genom ett distribuerat hjärnnätverk, som sträcker sig över regioner i temporal, parietal och frontal cortex."
A.I. och våra hjärnor
Som illustreras av denna studie, A.I. hjälper oss att bättre förstå den mänskliga hjärnan. Samtidigt hjälper studera den mänskliga hjärnan oss att utveckla mer sofistikerade A.I. Det är ett fascinerande och fördelaktigt cirkulärt förhållande.
"Nästan varje genombrott i A.I. har dragits från neurovetenskap och psykologi, med djupa neurala nätverk och förstärkningsinlärning som kanske de två mest framträdande exemplen", säger neuroningenjör Dhonam Pemba, doktor.
Pemba har grundat flera A.I. företag som fokuserar specifikt på utbildning och språkförvärv. Senast grundade han Kidx, en A.I. utbildningsplattform för barn. Han konstaterar att även om man lär sig och tänker som den mänskliga hjärnan är det ultimata målet för A.I., krävs det enorma mängder data och träning för att ens komma nära. Artificiell intelligens kan inte generalisera och extrapolera som den mänskliga hjärnan gör när man lär sig och bearbetar språk.
Dhonam Pemba, MD, doktor
Nyckeln till att förbättra AI och härma hjärnan skulle vara att låta artificiella neurala nätverk lära sig på samma sätt som faktiska biologiska neurala nätverk gör.
- Dhonam Pemba, MD, doktor"Vår hjärna för språkinlärning kan starta upp lärande från tidigare kunskaper", säger Pemba. "Till exempel lär vi oss meningsmönster och kan använda nya ord i dessa mönster utan att uttryckligen berättas, eller så kan vi lära oss den nya betydelsen av ett ord snabbare när vi har lärt oss andra liknande ord."
Potentialen för artificiella neurala nätverk
Konstgjorda neurala nätverk har avsevärt förbättrade beräkningsmodeller, och experter säger att stora framsteg kommer att göras inom språkbaserad A.I. uppgif.webpter under det kommande decenniet.
Med ytterligare framsteg inom språkbehandling, tror Anderson att vi så småningom också kommer att få en bättre förståelse av hjärndysfunktion. Med hjälp av A.I. kan det vara möjligt att bedöma hur hjärnregioner som påverkas av neurodegenerativa sjukdomar som Alzheimers kodar för betydelse.
"Dessutom kan vi testa om hjärnnätverk har kopplats om för att göra det möjligt för andra mindre sjuka hjärnregioner att ta rollen som sjuka regioner", säger han. "Detta kan hjälpa till att karakterisera sjukdomsprogression och möjligen till och med hjälpa till att förutse vilka personer med hög patofysiologi som kommer att ge efter för demens och de som inte gör det."
Men framsteg som detta kommer att ta tid och framstegen inom fältet är aldrig perfekta.
"Jag tror fortfarande att det finns många utmaningar kvar för att efterlikna den mänskliga hjärnan", säger Pemba. "För det första förstår vi fortfarande inte tillräckligt för att konstruera det, och för det andra använder vi dator och matematik för att representera det vi inte vet. Nyckeln till att förbättra AI och härma hjärnan skulle vara att låta artificiella neurala nätverk lära sig på samma sätt som faktiska biologiska neurala nätverk gör.
"Men en annan fråga är om vi faktiskt behöver efterlikna det? Flygplan flyger inte som fåglar."
Vad det betyder för dig
Otroligt komplexa system fungerar när du läser eller hör språk. Eftersom framsteg inom artificiell intelligens hjälper oss att bättre förstå dessa system har vi större chans att förstå och behandla hjärndysfunktion.
Tvåspråkighet kan stärka ett barns hjärna till vuxenlivet, studieprogram