幾十年來，神經(jīng)科學(xué)家致力于設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)來模擬人類的視覺能力，如認(rèn)知目標(biāo)，大腦在這方面精確而迅速，一瞥之間就能認(rèn)出所見之物。還沒有一個計(jì)算機(jī)模型 在識別視覺目標(biāo)上與靈長類動物的大腦相比。據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)近日報道，美國麻省理工大學(xué)神經(jīng)科學(xué)家的一項(xiàng)最新研究發(fā)現(xiàn)，最新一代的所謂“深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”能 比得上靈長類動物的大腦。

這提高了人們對靈長類大腦工作原理的理解，有望開發(fā)更好的人工智能，帶來修復(fù)視覺機(jī)能障礙的新方法，相關(guān)論文發(fā)表在最近的《公共科學(xué)圖書館·計(jì)算生物學(xué)》上。

新研究指出，目前最好的網(wǎng)絡(luò)是紐約大學(xué)開發(fā)的一種模型，在對目標(biāo)分類識別上能達(dá)到獼猴大腦的水平。論文高級作者、MIT腦與認(rèn)知科學(xué)系神經(jīng)科學(xué)教授詹姆斯·狄卡羅說，最新網(wǎng)絡(luò)的成功表明，神經(jīng)科學(xué)家已相當(dāng)準(zhǔn)確地掌握了目標(biāo)認(rèn)知原理。“模型能預(yù)測神經(jīng)反應(yīng)和物體在神經(jīng)叢空間的距離，概括了我們迄今最好的理解，讓我們知道那些以往神秘的腦區(qū)發(fā)生了什么。”

早在上世紀(jì)70年代，科學(xué)家就開始構(gòu)建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。受大腦分級處理視覺信息的啟發(fā)，構(gòu)建了視覺神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。他們在模型中構(gòu)造出多個計(jì)算層，每層執(zhí)行一步數(shù)學(xué)運(yùn)算。在每一層，圖像目標(biāo)的表達(dá)越來越復(fù)雜，無關(guān)的信息被放到一邊。“每個元素都是非常簡單的數(shù)學(xué)式，”論文第一作者、MIT麥戈文研究所博士后查爾斯·卡迪歐說，“但千百萬這些元素結(jié)合在一起，從原始信號到用于目標(biāo)識別的表達(dá)式之間就形成了極復(fù)雜的轉(zhuǎn)換。”

研究人員首先檢測了大腦的目標(biāo)識別能力。他們顳下（IT）皮層和V4腦區(qū)植入了電極陣列。再把這些和深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)生成的表達(dá)進(jìn)行對比，深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)由系統(tǒng)中每個計(jì)算元素生成的數(shù)字矩陣構(gòu)成。每幅圖像會產(chǎn)生一個不同的數(shù)組。模型的精確性取決于能否把相似的對象歸類到相似的表達(dá)集群。

卡迪歐說，這種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)最近取得的成功，取決于兩個主要因素：一是計(jì)算處理能力，尤其是圖形處理單元（GPUs）方面的巨大進(jìn)步；第二是研究人員能訪問大型分類數(shù)據(jù)庫，用數(shù)據(jù)來“訓(xùn)練”算法。

最初，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)并不能很好地識別這些圖像，但隨著它們看的圖像越來越多，不斷發(fā)現(xiàn)錯誤，精簡算法，最終它們對目標(biāo)物體的識別會變得越來越精確。

目前，狄卡羅實(shí)驗(yàn)室打算開發(fā)其它模型，模擬圖像處理的更多方面，包括跟蹤運(yùn)動、識別三維形狀，人類視覺系統(tǒng)中的“反饋”預(yù)測等。現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)只能模擬從視網(wǎng)膜到IT皮層的“前饋”預(yù)測，而從IT皮層返回到其余系統(tǒng)的連接是前饋連接的10倍。

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