IA Decodifica Preferências de Neurônios do Córtex Visual, Revelando Como Escolhem Imagens

Modelo Generativo + Algoritmo Genético XDREAM Gera Imagens Sintéticas que Maximizam Resposta Neural

Há 5+ décadas sabe-se: neurônios no córtex visual não respondem igualmente a diferentes imagens. Isso permite animais reconhecer/entender/interpretrar vastas pistas visuais.

Ex: certos neurônios visuais em córtex temporal inferior disparam mais para texto, objetos, lugares, rostos. Mas cientistas não entendem exatamente o que esses neurônios respondem.

Equipe da Harvard Medical School desenvolveu modelo IA que gera sinais valiosos para determinar confiavelmente o que neurônios preferem ver.

Experimento: Imagens Sintéticas Autoajustáveis

Capturaram respostas neurais de 6 macacos → alimentaram modelo IA. Modelo mediu taxas de disparo de cada neurônio visual e gerou imagens autoajustáveis.

Macacos viram imagens sintéticas em flashes de 0,1s por horas. Primeira imagem: padrão textural arbitrário em escala de cinza. IA introduziu cores/formas baseadas em respostas neurais. Imagem final morfou para algo que incorporava completamente preferência do neurônio.

Abordagem: rede neural generativa profunda + algoritmo genético XDREAM (desenhado pelos pesquisadores para guiar evolução de imagem sintética nova).

Resultados: Super-Estímulos Consistentes e Surpreendentes

• IA gerou super-estímulo para neurônios ao final de cada experimento.
• Resultados consistentes entre experimentos. Muitos neurônios evoluíram imagens não idênticas mas excepcionalmente similares.
• Algumas imagens atenderam expectativas: neurônio esperado para rostos → círculos rosas com duas manchas escuras (olhos).
• Outras surpreendentes: neurônio de um macaco produziu consistentemente corpo de macaco com mancha vermelha no pescoço. Descobriram que macaco foi criado com outro que usava coleira vermelha.
• Nem todas fizeram sentido: forma amorfa escura, quadrado preto minúsculo.

Próximos Passos

Respostas não são "naturais", mas resultado de exposição contínua a estímulos visuais por período específico. Como neurônios produzem essas imagens ainda desconhecido. Próximo estudo responderá.

Entender como córtex visual responde a certas imagens ajuda cientistas a compreender mecanismos que impulsionam doenças cognitivas associadas (transtorno do espectro autista, deficiências de aprendizagem).

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