AI revela quais neurônios no sistema visual do cérebro preferem olhar para

• Os pesquisadores desenvolvem um modelo baseado em IA que gera sinais valiosos para determinar com segurança quais neurônios preferem olhar.
• O modelo usa uma rede neural profunda generativa e um algoritmo genético denominado XDREAM.

Por mais de 5 décadas, os cientistas sabem que os neurônios do córtex visual não respondem igualmente a imagens diferentes. É isso que faz com que os animais reconheçam, entendam e interpretem uma grande quantidade de pistas visuais ao seu redor.

Por exemplo, certos neurônios visuais na região do cérebro chamada córtex temporal inferior disparam mais quando os animais olham para textos, objetos, lugares ou rostos. No entanto, os cientistas ainda não entendem exatamente a que esses neurônios respondem.

Recentemente, uma equipe de pesquisadores da Harvard Medical School desenvolveu um modelo de inteligência artificial (IA) que gera sinais valiosos para determinar com segurança quais neurônios preferem olhar.

Os experimentos realizados até agora tentaram analisar as preferências neuronais usando imagens reais. Essas imagens podem ser inerentemente tendenciosas por causa de dois motivos principais - elas representam apenas cenas do mundo real e são escolhidas por humanos para testes. O novo modelo resolve esse problema gerando imagens sintéticas ajustadas de acordo com a preferência de cada neurônio.

A experiência

A equipe capturou respostas neurais de 6 macacos macacos e as alimentou com o modelo baseado em IA. O modelo mediu as taxas de disparo de cada neurônio visual no cérebro e gerou imagens de autoajuste.

Macacos viram essas imagens sintéticas em blips de 0,1 segundo por algumas horas. A primeira imagem era um padrão de textura arbitrário em tons de cinza. A IA introduziu lentamente cores e formas com base nas respostas neurais. A imagem final foi transformada em algo que incorporou completamente a preferência de um neurônio.

Esta abordagem baseada em IA usa uma rede neural profunda generativa e um algoritmo genético chamado XDREAM, que é projetado especificamente por pesquisadores para guiar a evolução de uma nova imagem sintética.

Referência:Célula | DOI:10.1016 / j.cell.2019.04.005 | The Harvard Gazette

O AI foi capaz de gerar superestímulos para os neurônios ao final de cada experimento. Os resultados de todos os experimentos foram bastante consistentes. Muitos neurônios desenvolveram imagens por meio da IA ​​que não eram idênticas, mas eram excepcionalmente semelhantes.

Algumas imagens atenderam às expectativas dos pesquisadores. Por exemplo, um neurônio que deve responder a rostos desenvolveu imagens circulares em rosa com duas manchas escuras semelhantes aos olhos.

Imagens naturais versus imagens desenvolvidas por neurônios no córtex inferotemporal do macaco | Cortesia de pesquisadores

Alguns resultados foram surpreendentes. Por exemplo, um dos neurônios do macaco produzia consistentemente imagens do corpo de um macaco com uma mancha vermelha em volta do pescoço. A equipe finalmente descobriu que este macaco foi criado com o outro que usava um colarinho vermelho.

No entanto, nem todas as imagens finais faziam sentido:o neurônio de um macaco produziu uma forma escura amorfa, enquanto outro desenvolveu um pequeno quadrado preto.

O que vem a seguir?

De acordo com os pesquisadores, as respostas desses neurônios não são naturais, em vez disso, são resultados da exposição contínua a estímulos visuais por um período específico de tempo. Ainda não se sabe como exatamente os neurônios produzem essas imagens. A equipe planeja responder a essa pergunta em seu próximo estudo.

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Aprender como o córtex visual responde a certas imagens pode ajudar os cientistas a entender melhor o mecanismo que impulsiona as doenças cognitivas associadas, incluindo distúrbios do espectro do autismo e dificuldades de aprendizagem.