- Program oparty na sieciach neuronowych wie, kiedy gryzonie się cieszą
- Platforma wspomoże naukowców w identyfikacji przyczyn ludzkich uzależnień
- Będziemy więcej wiedzieć o korzeniach własnych słabości
Program DeepSqueak wykorzystuje sztuczną inteligencję do rozszyfrowania mowy myszy. Dzięki niemu naukowcy ustalili, że gryzonie wydają 20 rodzajów dźwięków. Najszczęśliwsze wydają się wtedy, gdy dostaną nagrodę. Kiedy zaś samiec wyczuje samicę, wydaje bardziej złożone odgłosy, jakby flirtował.
Oprogramowanie wykrywa i analizuje tzw. wokalizacje ultradźwiękowe, czyli sposób porozumiewania się gryzoni na częstotliwościach zbyt wysokich, by usłyszał je człowiek. Docelowo program ma dostarczyć naukowcom wiedzy o mechanizmie uzależnień.
We wcześniejszych badaniach naukowcy zauważyli, np. że gdy szczur jest zadowolony, to rozluźnia uszy, a nawet lekko się rumieni. Zaś smutny oddziela się od grupy. Teraz przyszedł czas na odczytanie ultradźwiękowych komunikatów zwierząt.
Nowotwory, implanty, nawyki
Myszy i szczury od dawna są wykorzystywane do badań i eksperymentów medycznych oraz testów behawioralnych. Badane są ich zachowania i reakcje na różne bodźce. Efekty tych obserwacji przynoszą ludzkości nową wiedzę. Byłaby ona jeszcze większa, gdyby gryzonie mogły powiedzieć nam, co czują.
To, co wiadomo z badań na szczurach, to np. że używanie telefonów komórkowych może powodować u nich nowotwory. Gdyż u szczurów narażonych na działanie fal radiowych stwierdzono rzadkie przypadki guzów mózgu i serca.
Ponadto szczury trzymane samotnie w czasie wzrostu i dojrzewania są podatniejsze na uzależnienia od amfetaminy i alkoholu, a wszczepiony do mózgu implant geomagnetyczny pozwala ślepym gryzoniom przejść przez labirynt.
Nie takie znów nowe?
Odgłosy i fale dźwiękowe wydawane przez szczury w trakcie różnych eksperymentów od dłuższego czasu są przedmiotem naukowych analiz. Jednak ludzie, mimo posiadanego sprzętu, wiedzy i doświadczenia, nie są w stanie zarejestrować wielu odgłosów wydawanych przez gryzonie.
Na dodatek istniejące oprogramowanie wykrywające ultradźwiękowe odgłosy nie jest wolne od wad. Rejestratory odbierają bowiem szumy otoczenia, a programy zbyt wolno analizują je jako nieprecyzyjne dane.
Ponadto oprogramowanie polega na nieelastycznych algorytmach powiązań między zachowaniem szczura, a wydanym piskiem.
Zobrazowanie dźwięków pozbawionych szumów umożliwiło naukowcom wykorzystanie najnowocześniejszych algorytmów widzenia maszynowego, opracowanych wcześniej dla samochodów autonomicznych
Ten problem starali się rozwikłać naukowcy z Laboratorium Johna Neumaiera na Uniwersytecie w Waszyngtonie, dlatego, że badacze zajmują się analizą zachowań związanych ze stresem i uzależnieniem.
Neumaier, profesor psychiatrii i nauk behawioralnych, szef uniwersyteckiego wydziału neurologii oraz prezes stowarzyszenia Alcohol and Drug Abuse Institute, chce opracować skuteczną terapię szybkiego wychodzenia z uzależnienia od alkoholu lub opioidów.
W związku z tym naukowcy stworzyli program badawczy, wykorzystujący uczenie maszynowe i głębokie sieci neuronowe. Projektem kieruje doktor Kevin Coffey, którego specjalnością jest badanie psychologicznych aspektów uzależnienia od narkotyków.
Dźwięk maluje obraz
Program nazwano DeepSqueak i wykorzystuje on biomimetyczne algorytmy (takie, dla których inspiracją są zjawiska zachodzące w naturze, w szczególności dotyczące świata zwierząt), które uczą się oddzielać ultradźwiękowy pisk gryzoni od szumów zewnętrznych. W porównaniu z innymi nowoczesnymi programami i analizami ręcznymi DeepSqueak zmniejsza liczbę szumów, zwiększa zdolność ich wykrywania, skraca czas analizy i automatycznie analizuje dane.
DeepSqueak to pierwsze zastosowanie głębokich sztucznych sieci neuronowych w eksperymentach ze zwierzętami. Program pobiera sygnał audio i przekształca go w obraz lub w tzw. sonogram, czyli obraz utworzony przez odbite fale dźwiękowe.
Zobrazowanie dźwięków pozbawionych szumów umożliwiło naukowcom wykorzystanie najnowocześniejszych algorytmów widzenia maszynowego, które służą do rozpoznawania obiektów. Algorytmy te są wykorzystywane w samochodach autonomicznych.
Zapach kobiety
Dr Coffey odpowiedzialny za analizy wyników, dostarczanych przez myślący obrazami komputer uważa, że te niepozorne zwierzęta mają bogaty repertuar wydawanych dźwięków, bo aż 20 rodzajów.
Przykładowo, gdy dwa samce myszy są razem, w kółko wykonują te same ultradźwiękowe piski. Kiedy jednak wyczuwają w pobliżu samicę, ich odgłosy są bardziej złożone, tak jakby flirtowały. Bardziej dramatyczne piski wydaje samiec, gdy nie widzi samicy, ale czuje jej obecność lub zapach. Obserwacja ta sugeruje, że samce myszy wydają różne dźwięki na różnych etapach zalotów.
„Gryzonie wydają się najszczęśliwsze, gdy spodziewają się nagrody, takiej jak cukier, lub bawią się z rówieśnikami – referuje Coffey. – Jeśli naukowcy będą w stanie lepiej zrozumieć, w jaki sposób leki zmieniają aktywność mózgu, wywołując przyjemność lub strach, to będziemy mogli opracować lepsze metody leczenia uzależnień”.
Jak się okazało w wyniku pierwszych testów, dostarczanie gryzoniom narkotyków wywołuje zarówno pozytywne, jak i negatywne reakcje. Badania te są na początkowym etapie. Opis programu DeepSqueak został opublikowany przez Neuropsychopharmacology, oficjalne czasopismo naukowe Amerykańskiej Szkoły Neuropsychofarmakologii.