【生物网络为什么需要层次?】三大演化动力有助智能诞生

【新智元导读】最新研究发现,包括人脑在内的生物网络结构之所以会具有层次,是为了减少网络连接点,从而提高网络连接效率。该研究不仅揭开了生物网络拥有层次的原因,还有助于促进未来人工智能和机器人领域研究如何演化出更复杂、智能的计算大脑。

很多生物网络都具有层次,比如基因、蛋白质、神经元和代谢系统。人脑也有不同的区域负责运动控制和和触觉感知,而负责运动控制和触觉质感的脑区又各自含有不同的子区域掌控不同的身体部位。

但为什么如此多的生物网络都演化出层次?

美国怀俄明大学和法国 INRIA 研究团队 Henok S. Mengistu 等人,日前在 PLoS Computational Biology 刊文,指出网络演化出层次的原因并非在于这样能产生更高效的网络,而是拥有层次的网络在结构上拥有较少的连接点。

点击“阅读原文”查看论文

论文指出,网络中的连接点需要花时间制作、维护,因而需要更高的成本,因此网络在演化压力下要减少网络连接点的数量。

没有层次和不具有模块化的网络对新环境的适应力较低。具有可演化性的网络会带有连接成本,形成拥有层次和在功能上模块化的网络结构,这样的网络能够通过不断循环解决子问题而解决整个问题。这样的网络对新环境的适应力也较高。来源:dx.doi.org/10.1371/journal.pcbi.1004829.g001

该研究除了揭示网络为何演化出层次之外,还有助于促进未来人工智能和机器人领域研究如何演化出更复杂、智能的计算大脑。

研究人员模拟了带网络连接成本和不带网络连接成本的人工神经网络演化情况,发现当存在网络连接成本的情况下,人工神经网络更有可能演化出层次。

后续研究证明,在控制了模块性之后,层次结构单独就能够提高网络对环境的适应性。

论文作者 Jeff Clune 表示,研究人员已经花了大约十年时间,致力于理解为何网络会演化出模块性、层次和规律,而他们的研究成果则解开了上述三大特性的演化动力。

网络的模块性和层次彼此之间可以独立变化,高性能网络拥有一系列不同的模块性和层次得分。来源:dx.doi.org/10.1371/journal.pcbi.1004829.g001

Mengistu 还指出,该研究不仅揭开了生物网络拥有层次的原因,或许还有助于解释为何人造网络,比如互联网和道路系统也拥有层次。

论文作者 Joost Huizinga 补充,接下来他们会在此基础上从事大规模、结构化网络的演化研究,力求研发更好的人工智能,同时也增进对人类智能的理解。

来源:http://www.eurekalert.org/pub_releases/2016-06/p-rsw060716.php

原文发布于微信公众号 - 新智元(AI_era)

原文发表时间:2016-06-10

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