用活人腦細胞造AI系統!語音辨識已成功,可無監督學習

WBOY
發布: 2023-12-14 19:25:34
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真實人腦細胞構建的「迷你大腦」和微電極組成的AI系統,已經能夠進行語音識別——

從數百個聲音片段中準確地認出某個特定人的聲音的那種。

用活人腦細胞造AI系統!語音辨識已成功,可無監督學習

最近,一項非常前沿的類腦研究在Nature的子刊上發表了

用活人腦細胞造AI系統!語音辨識已成功,可無監督學習

##這個特別的AI系統甚至可以進行

無監督學習

研究人員只是一遍遍播放音訊片段,不提供任何形式的回饋來告訴系統答對還是錯。

最終,該系統在兩天的訓練之後,準確率直接從最初的

51%升到了78%

這,究竟是怎麼實現的?

類器官神經網路來了

發明該系統的主要目的,是解決矽晶片的高能耗等問題。

一般來說,解決這個問題的方法通常是依靠類腦運算

然而,基於這種思想設計的「傳統」類腦晶片大多數都是直接基於數位電子原理,對於完全模仿大腦功能的能力來說確實有限

在此,該研究直接用上了一個叫做

“類器官”的東西:

它指的是能夠在實驗室中利用人類的幹細胞培養出的微型器官,包含其代表器官的一些關鍵特性。

具體而言,研究人員將活體腦細胞組成的

腦類器官(形狀類似小團球)和高密度微電極陣列進行連接,構建出一個叫做「Brainoware」的系統。

用活人腦細胞造AI系統!語音辨識已成功,可無監督學習

微電極在Brainoware中的作用一是向類器官發送電訊號,達到傳送訊息到「腦」的目的;二是偵測大腦神經細胞的放電回應,然後交給外部設備進行讀取和解析。

這種系統能夠展現出類似於神經網路的功能,並且能夠進行無監督學習

將它連接到特定硬件,就可以被訓練於語音識別。

在具體的任務中,研究人員將8個人說日語元音的240個音訊片段轉換為訊號序列,並將其發送給系統,以便讓系統能夠辨識出每個人的聲音

用活人腦細胞造AI系統!語音辨識已成功,可無監督學習

最初,Brainoware的準確度僅為30%-40%

經過兩天的訓練後,它能夠以78%的準確率識別特定的說話者

作者在此強調,所謂的訓練只是重複音訊片段,不給予任何回饋,也就是所謂的無監督學習。

不過,要注意的是,目前Brainoware只能辨識誰在講話,但聽不懂任何講話內容。

在實驗完成之後,研究人員嘗試使用藥物來阻斷大腦中神經細胞之間形成新的連接

經過實驗發現,採用這種操作方式後,系統的準確率並沒有提升

作者解釋,這說明Brainoware的學習能力取決於

神經可塑性

未來的電腦會是由大腦組成的嗎?

今年三月份,該團隊其實就是已經用該系統來嘗試預測Hénon圖了

(數學領域中一種可表現出混沌行為的動力系統)

結果Brainoware也是在無監督學習了4天之後

(每天代表一個訓練週期),被發現它能夠比沒有長短期記憶單元的人工神經網路預測得更準。

相較之下,前者只經歷了不到50個訓練週期

再往前一點,有一支澳洲的科學研究團隊嘗試教育「盤中大腦」打乒乓球遊戲。令人驚訝的是,它在短短五分鐘內就學會了,速度比人工智慧還快17倍

用活人腦細胞造AI系統!語音辨識已成功,可無監督學習

那麼未來,電腦會由大腦組成嗎?

這還不確定

如本文作者介紹,他們這個研究目前屬於

#概念驗證,後面還有很多問題要解決:

比如說,雖然Brainoware系統的表現可以進一步提高,但是最大的問題是類器官只能存活一至兩個月

並且,Brainoware本身雖然不需要太多功耗,但維持它運轉的外部設備的功耗水平並不低。

需要重寫的內容是:等等問題的一系列

總的來說,有科學家預測,真正的通用生物計算系統可能需要幾十年的時間才能創建。

無論如何,這項研究對我們進一步理解人腦學習的奧秘等問題都有幫助

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