Ученые Саратовского государственного университета (СГУ) совершили открытие, которое способно значительно приблизить функционирование искусственного интеллекта к принципам работы человеческого мозга. Результаты их изысканий были опубликованы в научном журнале The European Physical Journal Special Topics.
Спайковые нейронные сети: Вдохновение природой
В сфере разработки энергоэффективных вычислительных систем особое внимание уделяется спайковым нейронным сетям. Их потенциал обусловлен способностью имитировать биологические процессы мозга. Ключевое отличие от обычных нейронных сетей заключается в том, что спайковые нейроны активируются лишь при поступлении конкретного внешнего сигнала, а не функционируют непрерывно.
Как поясняют исследователи СГУ, такая архитектура существенно сокращает энергопотребление и операционные расходы при работе с этими системами.
Шум как фактор порядка
Ученые СГУ сфокусировались на изучении влияния различных видов шума на активность искусственных нейронов в спайковых сетях. Этот аспект крайне важен, так как в реальной среде любая система неизбежно сталкивается с помехами и случайными факторами.
В ходе исследования был выявлен любопытный феномен: при достижении определенного уровня интенсивности шума наблюдается эффект упорядочивания нейронной активности, что повышает стабильность и эффективность работы сети. Это явление известно как когерентный резонанс – процесс, при котором из хаоса возникает порядок.
Баланс между связью и сигналом
Андрей Бух также пояснил, что усиление связей между нейронами повышает их «инертность», делая их менее восприимчивыми к шуму. Тем не менее, чрезмерное усиление этих связей может негативно сказаться на способности нейронов эффективно передавать полезные сигналы.
Таким образом, ключевым выводом исследования стала необходимость нахождения оптимального баланса: нейроны должны обладать достаточной степенью связанности для эффективного противостояния вредоносному шуму, но при этом не быть настолько связанными, чтобы это препятствовало передаче важной информации. Понимание данного механизма является важнейшим шагом к «тонкой настройке», без которой создание функциональных спайковых нейросетей невозможно.
Исследование нейронов ФитцХью-Нагумо
Ученые СГУ отмечают, что в последние годы наблюдается возрастающий интерес к спайковым нейронным сетям со стороны мирового научного сообщества, хотя большинство исследований сосредоточено на их простейших моделях. «Наш подход направлен на более глубокое понимание и приближение этих сетей к реальным практическим применениям. Поэтому мы сосредоточились на изучении режимов функционирования нейронов ФитцХью-Нагумо, которые, хоть и являются более сложными, требуют именно той тонкой настройки, которой мы уделили особое внимание в нашем исследовании», — добавил Бух.
В рамках своей работы исследователи применяли продвинутые методы моделирования источников шума, а также динамических систем, описываемых посредством дифференциальных уравнений.
Данное исследование получило поддержку Российского научного фонда (проект № 23-12-00103) и соответствует стратегическим задачам федеральной программы «Приоритет-2030».
