IA treinada em filtragem de spam decifra as respostas neurais do Hydra em tempo real

• Os pesquisadores usam um algoritmo de aprendizado de máquina (originalmente desenvolvido para filtragem de spam) para analisar o comportamento do Hydra. 
• Ele pode analisar o comportamento em tempo real e mostrar como os neurônios da Hydra respondem a diversos ambientes. 
• Para fazer isso, eles aplicaram o modelo de classificação de palavras ao vídeo contendo todas as atividades da Hydra. 

Estudamos o comportamento dos animais há séculos. Envolve muitas observações detalhadas e atenção meticulosa. Mas existem algumas técnicas eficientes que podem automatizar o processo de identificação e classificação.

Recentemente, cientistas da Universidade de Columbia demonstraram como um algoritmo de filtragem de spam poderia ser usado para analisar o comportamento dos animais. Eles construíram um pipeline automático de análise de comportamento que aprende a selecionar (a partir do vídeo) o repertório comportamental completo do Hydra.

Hydra é um organismo de água doce com capacidade regenerativa – eles não morrem de velhice. Eles não têm cérebro, mas centenas de neurônios percorrem seu corpo translúcido, coordenando múltiplos comportamentos.

Eles se comportam de maneira previsível e, comparando seus comportamentos com o disparo de neurônios, os cientistas podem entender como funciona o sistema nervoso de animais complexos.

A Inteligência Artificial tem sido usada para examinar parcialmente como os vermes rastejam e como algumas moscas voam, mas esta é a primeira vez que os pesquisadores usam o aprendizado de máquina para descrever o comportamento de um animal.

O algoritmo de aprendizado de máquina

O algoritmo pode analisar o comportamento em tempo real – ajuda os pesquisadores a observar se Hydra consegue aprender alguma coisa e, se o fizer, como seus neurônios respondem.

Em 2017, os pesquisadores encontraram 4 tipos de circuitos neurais responsáveis por controlar 4 comportamentos diferentes de flexão e alongamento. Isto ajudou-os a compreender como o sistema nervoso da Hydra controla o seu comportamento.

Agora eles deram um passo além:catalogaram um conjunto completo de comportamentos da Hydra.

A equipe aplicou o conhecido modelo de saco de palavras ao vídeo que contém todas as atividades da Hydra. O modelo simplifica a representação usada na recuperação de informações e no processamento de linguagem natural. Além disso, os pesquisadores identificaram métodos não supervisionados e comportamentos não anotados.

Neurônios de Hydra mostrados como um indicador de fluorescência verde | Crédito:Universidade de Columbia

Referência:eLifeSciences | doi:10.7554/eLife.32605.001 | Universidade de Columbia 

O modelo saco de palavras considera vídeos e imagens como “sacos” de palavras visuais, como pequenas manchas nas imagens, ou formas e recursos de vídeo extraídos dessas pequenas manchas. Comparado a outros métodos, é mais robusto contra desafios como orientação, oclusão e mudança no ângulo de visão.

Para torná-lo mais eficiente, os pesquisadores integraram este modelo com outros métodos computacionais, incluindo trajetória densa (codifica estatísticas de forma e movimento), segmentação de partes do corpo (descreve informações espaciais) e vetores de Fisher (representa palavras visuais de forma estatística).

O algoritmo percorreu as horas de vídeo e detectou movimentos repetitivos, assim como examina quantas vezes as palavras aparecem no corpo do texto para selecionar tópicos/assuntos e sinalizar o e-mail.


Crédito:Yuste Lab/Universidade de Columbia

10 dos comportamentos relatados anteriormente foram identificados com sucesso pelo algoritmo. Na verdade, avaliou 6 desses comportamentos que responderam a diversos cenários circundantes. Os resultados foram bastante interessantes, o comportamento da Hydra quase não se alterou. Quer você mantivesse as luzes apagadas ou acesas, alimentasse-o ou não, ele repetia a mesma coisa várias vezes.

O que vem a seguir?

Os pesquisadores planejam experimentar estímulos para observar quaisquer mudanças no comportamento de Hydra. O objetivo final é descobrir o código neural que revela como as redes neurais da Hydra produzem comportamento. No futuro, a técnica também poderá ser infundida com outros organismos que evoluíram ao longo de milhares de séculos.

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As coisas aprendidas com este estudo podem ser úteis para outros ramos da engenharia preocupados em manter o controle preciso e a estabilidade em máquinas como aviões e navios, navegando em ambientes adversos.