ISIAS

"Le système d’intelligence artificielle décrit ici utilise le même type de câblage cérébral que celui que les mammifères utilisent pour se mouvoir. La dépendance du système à l’égard des cellules de grille virtuelles pourrait nous renseigner sur notre propre sens de l’orientation" par Maria Temming

Traduction et compléments par Jacques Hallard
jeudi 23 août 2018 par Temming Maria


ISIAS Intelligence artificielle
Le système d’intelligence artificielle décrit ici utilise le même type de câblage cérébral que celui que les mammifères utilisent pour se mouvoir. La dépendance du système à l’égard des cellules de grille virtuelles pourrait nous renseigner sur notre propre sens de l’orientation
L’article original de Maria Temming a été publié le 09 mai 2018 par Science News Artificial Intelligence, Neuroscience sous le ttre « This AI uses the same kind of brain wiring as mammals to navigate  » ; il est accessible sur le site suivant : https://www.sciencenews.org/article/AI-uses-mammal-brain-wiring-navigate?utm_source=email&amp ;utm_medium=email&utm_campaign=latest-newsletter-v2

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LE SAVOIR-FAIRE DE LA NAVIGATION - Une intelligence artificielle – désignée IA dans ce document - qui cartographie mentalement son environnement, tout comme le font les mammifères, pourrait aider à résoudre un mystère concernant les cellules nerveuses de la navigation dans notre cerveau. DeepMind

[L’intelligence artificielle (IA) est selon Wikipédia « l’ensemble de théories et de techniques mises en œuvre en vue de réaliser des machines capables de simuler l’intelligence »1. Elle correspond donc à un ensemble de concepts et de technologies plus qu’à une discipline autonome constituée. D’autres, remarquant la définition peu précise de l’IA, notamment la CNIL, la définissent comme « le grand mythe de notre temps »2. Souvent classée dans le groupe des sciences cognitives, elle fait appel à la neurobiologie computationnelle (particulièrement aux réseaux neuronaux), à la logique mathématique (sous-discipline des mathématiques et de la philosophie) et à l’informatique. Elle recherche des méthodes de résolution de problèmes à forte complexité logique ou algorithmique. Par extension elle désigne, dans le langage courant, les dispositifs imitant ou remplaçant l’homme dans certaines mises en œuvre de ses fonctions cognitives3. Ses finalités et son développement suscitent, depuis toujours, de nombreuses interprétations, fantasmes ou inquiétudes s’exprimant tant dans les récits ou films de science-fiction que dans les essais philosophiques… » - Voir la reproduction : « Les assistants personnels intelligents sont l’une des applications concrètes de l’intelligence artificielle dans les années 2010 ». Article complet sur ce site : https://fr.wikipedia.org/wiki/Intelligence_artificielle ].

Une intelligence artificielle (IA) qui navigue dans son environnement à la manière des mammifères pourrait aider à résoudre un mystère concernant notre propre système interne d’orientation comme un GPS.

Equipée de versions virtuelles de cellules nerveuses cérébrales spécialisées appelées cellules de grille, l’intelligence artificielle (IA) pourrait facilement résoudre et planifier de nouvelles routes à travers des labyrinthes virtuels. Cette performance, décrite en ligne le 9 mai dans la revue scientifique ‘Nature’, suggère que les cellules de grille dans les cerveaux des animaux, jouent un rôle essentiel dans la planification des trajectoires.

[D’après Wikipédia, « Une cellule de grille est un type de neurone présent dans le cerveau de nombreuses espèces qui leur permet de connaître leur position dans l’espace1,2,3,4,5,6. Voir schéma : Les cellules de grille tirent leur nom du fait qu’en reliant les centres de leurs champs d’activation, on obtient une grille triangulaire. Les cellules de grille ont été découvertes en 2005 par Edvard Moser, May-Britt Moser et leurs élèves Torkel Hafting, Marianne Fyhn et Sturla Molden du Centre de biologie de la Mémoire (CBM) en Norvège. Ils ont reçu le Prix Nobel 2014 de physiologie ou médecine avec John O’Keefe pour la découverte de cellules constituant un système de positionnement dans le cerveau. L’agencement des champs d’activation spatiale des cellules de grille montre une égale distance entre chaque cellule voisine. Cette observation a conduit à l’hypothèse que ces cellules codent une représentation cognitive de l’espace euclidien1. La découverte suggère également un mécanisme de calcul dynamique de la position basé sur des informations continuellement mises à jour relatives à la position et la direction. Dans une étude expérimentale typique, une électrode capable d’enregistrer l’activité d’un neurone particulier est implantée dans le cortex cérébral d’un rat, dans une section appelée le cortex entorhinal dorsomédial, et les enregistrements sont réalisés en laissant le rat se déplacer librement dans un espace ouvert. Pour une cellule de la grille, si un point est placé à l’emplacement de la tête du rat à chaque fois le neurone émet un potentiel d’action, alors, comme illustré sur la figure adjacente, ces points accumulent au cours du temps pour former un ensemble de petits groupes. L’ensemble forme les sommets d’un réseau de triangles équilatéraux. Ce motif en triangle régulier est ce qui distingue les cellules de grille d’autres types de cellules ayant une activité de localisation spatiale. Par exemple, si une cellule de lieu de l’hippocampe du rat est examinée de la même manière (en plaçant un point à l’emplacement de la tête du rat dès lors qu’une cellule émet un potentiel d’action), alors les points forment des petits groupes, mais souvent, il n’y a qu’un seul cluster qui apparaît (un « champ de lieu ») pour un environnement donné, et même si plusieurs groupes se forment, il n’y a pas de régularité perceptible dans leur arrangement… » - Voirillustration  : Trajectoire d’un rat dans un environnement carré (représenté en noir). Les points rouges indiquent les emplacements où une cellule de grille entorhinal s’est activée. - Article complet à lire sur ce site : https://fr.wikipedia.org/wiki/Cellule_de_grille ].

« C’est un grand pas en avant » dans la compréhension de nos propres circuits neuronaux de navigation, explique Ingmar Kanitscheider, un neuroscientifique computationnel de l’Université du Texas à Austin, et qui n’est pas impliqué dans le travail rapporté ici.

La découverte selon laquelle des rats suivent leur position à l’aide de cellules de grille, projetant un treillis hexagonal imaginaire sur l’environnement d’un animal, a valu à une équipe de recherche norvégienne le prix Nobel de physiologie ou médecine en 2014 (SN Online : 06/10/14).

Les neuroscientifiques soupçonnaient que ces cellules, qui ont également été trouvées chez l’homme, pourraient aider non seulement à donner aux mammifères un système interne de coordonnées, mais aussi à planifier des trajets directs entre les points (SN Online : 8/5/13).

Pour tester cette idée, le neuroscientifique Caswell Barry de l’University College de Londres, avec ses collègues de Google DeepMind, a créé une IA qui contenait des cellules nerveuses virtuelles, ou neurones, dont l’activité ressemblait à celle des vraies cellules de grille. Les chercheurs ont formé cette IA à naviguer dans les labyrinthes virtuels en donnant au système des signaux de récompense lorsqu’il a atteint sa destination.

[D’après Wikipédia, « DeepMind est une entreprise britannique spécialisée dans l’intelligence artificielle. Originellement appelée DeepMind Technologies Limited et fondée en 2010 par Demis Hassabis, Mustafa Suleyman (en) et Shane Legg (en)3, elle est rachetée le 26 janvier 2014, par Google pour plus de 628 millions de dollars américains4…’ Article complet à découvrir sur ce site : https://fr.wikipedia.org/wiki/DeepMind ].

Une intelligence artificielle adaptable

illustration of an AI navigating a virtual maze

Illustration d’une IA naviguant dans un labyrinthe virtuel - F. Savelli et J. Knierim / Nature 2018.

Une IA équipée de cellules nerveuses de navigation appelées cellules de grille (chemin indiqué en rouge) et une IA sans cellules de grille (bleu), ont appris à manœuvrer à travers un labyrinthe virtuel sans raccourcis (à gauche). Lorsque des portes ouvertes apparaissaient dans le labyrinthe, seule l’IA dotée de cellules de grille savait prendre le raccourci.

L’IA a surpassé un expert humain dans la résolution des labyrinthes virtuels, et s’est avérée plus savante que d’autres réseaux de neurones artificiels en manœuvrant à travers des labyrinthes plus grands que ceux traversés pendant son entraînement. Quand une porte s’ouvrait pour fournir un raccourci à travers le labyrinthe, la nouvelle IA prenait la route la plus directe. En revanche, les systèmes d’IA sans cellules de grille artificielles ont ignoré la porte ouverte et ont fait le tour.

Ces résultats soutiennent l’idée que les cellules de grille font plus qu’aider les mammifères à s’orienter dans le temps et l’espace (SN Online : 11/4/15) ; elles aident également les animaux à concevoir les itinéraires les plus directs vers leurs destinations. L’IA semble également être « un outil très puissant » pour tester d’autres théories des neurosciences, dit Barry. Lui et ses collègues suggèrent que des expériences virtuelles sur des réseaux de neurones artificiels imitant différentes régions du cerveau pourraient éventuellement remplacer certains tests sur des animaux.

Mais il y a des limites à l’utilisation de l’IA pour étudier le cerveau. Parce que le système est censé apprendre par lui-même, les chercheurs ne peuvent pas dire pourquoi le système a pris une décision spécifique, explique le neuroscientifique Francesco Savelli de l’Université Johns Hopkins, dont les commentaires apparaissent également en ligne le 9 mai dans ‘Nature’. Les cellules de grille virtuelles ont clairement aidé l’IA à naviguer plus efficacement, dit-il, mais il n’est toujours pas clair d’expliquer comment l’IA a utilisé ces cellules.

Citations

A. Banino et al. Vector-based navigation using grid-like representations in artificial agents. Nature. Published online May 9, 2018. doi : 10.1038/s41586-018-0102-6.

F. Savelli and J.J. Knierim. AI mimics brain codes for navigation. Nature. Published online May 9, 2018. doi : 10.1038/d41586-018-04992-7.

Further Reading - Lectures complémentaires

M. Temming. AI bests humans at mapping the moon. Science News Online, March 15 2018.

M. Temming. New setup for image recognition AI lets a program think on its feet. Science News Online, December 4, 2017.

L. Sanders. Brain’s GPS cells map time and distance, not just location. Science News. Vol. 188, December 12, 2015, p. 12.

L. Sanders. When brain’s GPS goes awry, barriers can reboot it. Science News Online, April 16, 2015.

L. Sanders. Neuroscientists garner Nobel for discovering brain’s ‘inner GPS.’ Science News Online, October 6, 2014.

L. Sanders. Space-mapping neurons found in human brain. Science News Online, August 5, 2013.

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Traduction, compléments entre […] et liens hypertextes : Jacques HALLARD, Ingénieur CNAM, consultant indépendant – 23/08/2017

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Fichier : ISIAS Intelligence artificielle This AI uses the same kind of brain wiring as mammals to navigate French version.2

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