July 22nd, 2018

Ученые приблизились к имитации естественного распознавания речи

Голосовые помощники уже разработаны каждым уважающим себя IT-гигантом. И кажется, что они даже становятся полезными, а не только залихватски шутят. Однако можно все чаще услышать, что алгоритмы, по которым работают такие системы, далеки от того, как воспринимает речь или другие смысловые идентификаторы человек.

Ученые приблизились к имитации естественного распознавания речи

Группа Александра Жданова представила новый подход к распознаванию речи на основе биоморфных нейроподобных сетей. Задача этой научной группы — построить нейроноподобную систему распознавания речи, в перспективе — без программной составляющей. Если эта попытка будет успешной, станет возможно имитировать естественный принцип распознавания речи. Работа опубликована в журнале Programming and Computer Software.

В середине прошлого столетия ученые стали обсуждать возможность создания искусственного мозга. Были проанализированы сети «формальных» искусственных нейронов и показано, как они могут выполнять простые логические функции. В 1956 году было введено в оборот понятие искусственного интеллекта. Постепенно сформировались два основных подхода к его изучению. Один из них — программно-прагматический подход, в рамках которого построено множество систем распознавания образов, автоматических переводчиков, игровых программ, роботов и других прикладных систем. Однако они, решая свою узкую задачу, имеют мало общего с биологическим мозгом и не обладают его свойствами. Второй подход, бионический, был попыткой ученых понять, как работает живой организм. В рамках этого подхода некогда были придуманы искусственные нейронные сети, которые, впрочем, впоследствии почти потеряли сходство со своим биологическим прообразом, перейдя в разряд программно-прагматических методов.

На пути создания искусственных интеллектуальных систем без оглядки на устройство природы трудно добиться тех успехов, которых она добилась за миллионы лет эволюции. Основным свойством природных систем управления является их адаптивность – способность обучаться, “дообучаться” и переобучаться прямо в процессе управления, благодаря которой природа находит способы управлять объектами любой сложности. Такими свойствами сегодня искусственные системы управления практически не обладают. Они требуют либо предварительной настройки по математической модели, либо предварительного обучения на больших обучающих выборках.

Например, расчет полета межконтинентальной ракеты или орбитального спутника – сложнейший процесс, однако математически он достаточно простой. Но как только появляются помехи, неопределенности, изменяющиеся на ходу характеристики – традиционные системы управления, построенные на программно-прагматическом подходе, начинают работать крайне плохо.

«У человечества нет другого серьезного пути для развития, кроме как понять принцип работы природной адаптивной системы управления и этот принцип начать воспроизводить», — считает главный научный сотрудник Института точной механики и вычислительной техники РАН, профессор МФТИ Александр Жданов.

Группа Александра Жданова на протяжении последних десятилетий занималась описанием принципа работы мозга. Ими была проведена математическая формализация его работы. Построено множество примеров адаптивных систем управления – для мобильного робота, автопилота, подвески автомобиля, спутника, – с помощью которых показано, что разработанные группой алгоритмы работают. Система обучается непосредственно в процессе управления, как живой организм.

«Отличия нашего подхода от «искусственных нейронных сетей» начинаются уже с модели нейрона. Отдельный нейрон понимается в нашем «методе автономного адаптивного управления» как самостоятельная самообучающаяся система распознавания. Этот нейрон наблюдает за сигналами, которые поступают на его входы, и проверяет всё время два критерия. Первый критерий — структурный: не повторяется ли конфигурация, удовлетворяющая заложенному в нейрон требованию. При обнаружении сигнала, который удовлетворяет этому требованию, начинает проверяться статистический критерий. Если сигнал, который удовлетворил первому критерию, наблюдается достаточно много раз, то этот прообраз считается неслучайным, нейрон становится обученным, а образ сформированным. С этого момента нейрон меняет свое функционирование и приобретает способность распознавать этот образ при каждом его появлении», — поясняет Александр Жданов.

Однако главное отличие нейроноподобной системы «автономного адаптивного управления» от нейросетей в том, она решает задачу адаптивного управления, а искусственные нейросети – только задачу распознавания (или аппроксимации). Задача адаптивного управления требует не только распознавания, но и решения задач поиска и накопления знаний, моделирования эмоций, принятия решений и некоторых других.

Принцип работы нейрона Мак-Каллока — Питтса в обычных нейросетях другой. Нейрон является пороговым сумматором, и задачу распознавания решает не один нейрон, а вся сеть. Обучение выглядит так: на вход сети подается сигнал, соответствующий объекту из обучающей выборки. Для всех нейронов подобраны определенные веса на их входы. Дальше каждый нейрон суммирует каждый сигнал, умноженный на вес для данного входа. Эта сумма сравнивается с некоторой активационной функцией, и сразу выдается какой-то выходной сигнал. Затем, зная, что нужно получить на выходе всей сети, и видя, что на самом деле эта сеть выдала, по определенному алгоритму начинают меняться веса у всех нейронов в этой сети, чтобы сеть выдала нужный результат. И так происходит, пока все объекты из обучающей выборки не будут показаны помногу раз, и все веса не будут изменены, — пока сеть не начнет выдавать то, что от нее требуется.

Александр Жданов: «Одним из важных отличий человека от животных является наличие у человека языка. У биологических нейронов и у нашей модели нейронов есть свойство распознавать образ при наличии помех, когда не все входные сигналы от прообраза поступили на вход. Допустим, вы научились распознавать свою новую кошку по ее четырем лапам, хвосту и двум ушам. Через некоторое время вы уже ее распознаете, если даже не видите хвоста, потом достаточно двух ушей, из-за холодильника торчащих, – вы уже распознаете кошку. То есть, у вас не все сигналы от прообраза поступают, однако те нейроны, которые обучены распознавать кошку, ее распознают даже при неполной информации. Причем, чем больше времени пройдет, тем вы ее будете распознавать по меньшему количеству признаков с сохранением той же вероятности.»

Ученые приблизились к имитации естественного распознавания речи
Представление слова «слева». По оси X — время, по оси Y — частота звукового сигнала.


Оказывается, что это свойство можно использовать для идентификации. В работе описана следующая методика: если при наблюдении нейроном сигналов от реального объекта сопровождать его появление каким-то сигналом искусственного происхождения – звуком, картинкой, жестом – то, в конце концов, найдется нейрон, у которого эти два события начнут ассоциироваться. То есть наблюдение реального объекта и распознавания идентификатора станут для него связаны. Затем нейрон станет в состоянии распознавать этот же объект либо при наблюдении самого объекта, либо при предъявлении только искусственного идентификатора без предъявления объекта.

На примере мобильного робота авторы работы создали описанную систему. Робот видит какие-то препятствия на своем пути. Если сопровождать появление этих препятствий звуковыми идентификаторами: препятствие слева — говорить, что препятствие слева, и наоборот, — робот начинает распознавать эти препятствия вкупе со словами. И через некоторое время он начинает реагировать уже только на слова. Если он научится объезжать препятствие, то с какого-то момента можно будет беспричинно сказать, например, что препятствие слева – робот распознает образ препятствия слева и повернет вправо.

Ученые приблизились к имитации естественного распознавания речи
Пример сигналов в упрощенной модели: по оси X — время, а по оси Y — частота звукового сигнала.


«Мы поняли, описали и смоделировали момент зарождения языка. Дальше нам нужно снабдить идентификаторами образы, действия и эмоциональные оценки. И нужно это вот для чего. Есть два важнейших процесса использования языка, которые, в природе сильно отличают человека от других животных. Первый – это диалог человека посредством языка со своей или чужой базой знаний для многошагового принятия решений, моделирования будущего. Для этого нужен индивидуальный и коллективный язык. Второй процесс – передача знаний от одного индивида к другому. В процессе своего развития и адаптации система управления накопила данные, которые записаны в базе знаний в форме обученных нейронов. Обученные биологические нейроны – это нейроны с выращенными определенными синапсами. Пусть вам нужно передать эти знания от одного индивида к другому. У человека и живых организмов нет USB-разъемов, и считать базу знаний или записать ее никакой возможности нет. Ее можно только постепенно заполнить в процессе целенаправленного обучения с помощью учителя, который будет действовать через ваши штатные входы: глаза и уши. Поэтому язык, будь то русский, английский или язык жестов — единственный способ в природе передать знания», — заключает Александр Жданов.


Текст: пресс-служба МФТИ


Ссылка на источник

promo alev_biz 13:42, thursday 2
Buy for 20 tokens
Маститые физиологи опубликовали в престижном научном журнале статью о том, что у растений не бывает сознания. Что побудило их сделать этот отчаянный шаг? С научными идеями иногда происходит неприятная штука: они становятся слишком очевидными. В конце концов о них просто перестают говорить.…

Наркоз сохраняет остатки сознания

Исследователи из Университета Турку опубликовали в British Journal of Anaesthesia сразу две статьи, в которых говорится, что человек под полным наркозом сохраняет частичное сознание.

Наркоз сохраняет остатки сознания

В экспериментах участвовали несколько десятков взрослых людей, которым давали дексмедетомидин и пропофол (оба препарата широко используются в хирургии для общей анестезии). Добровольцев под наркозом трясли, громко с ними разговаривали, стараясь разбудить голосом, и давали послушать некие неприятные звуки.

Read more...Collapse )

Ссылка на источник

Как в мозге кодируются звуки

В эксперименте, посвященном тому, как мозг обезьян обрабатывает звук, команда нейробиологов и статистиков из Университета Дьюка обнаружила, что один нейрон может кодировать информацию о двух разных звуках.

Как в мозге кодируются звуки

Для этого он умеет переключаться между сигналом, связанным с одним звуком, и сигналом, связанным с другим звуком. Работа объясняет, как мозг обрабатывает сложную информацию, поступающую из окружающего нас мира, а также может дать представление о некоторых когнитивных ограничениях.

Read more...Collapse )

Ссылка на источник

Древние люди делали хлеб за тысячи лет до возникновения земледелия

Возможно, хлеб нельзя назвать самым изысканным продуктом на свете, но он, как известно, всему голова. И теперь его место в истории может оказаться даже более важным, чем считалось прежде.

Древние люди делали хлеб за тысячи лет до возникновения земледелия
Команда исследователей в северо-восточной Иордании, где было найдено свидетельство самого раннего хлебопечения в истории человечества.

Археологи обнаружили самые ранние свидетельства хлебопечения на территории северо-востока Иордании. Как пишут авторы исследования, открытие предполагает, что древние охотники-собиратели уже делали и ели хлеб за 4000 лет до неолита и освоения сельского хозяйства.

Иными словами, хлебопечение предшествовало земледелию, что является достаточно неожиданным открытием, учитывая общепринятое мнение о том, что хлеб появился только после его возникновения.

Read more...Collapse )

Ссылка на источник

Витамины спасают от мигрени

Приступы мигрени в молодом возрасте, в свою очередь, могут происходить из-за дефицита некоторых витаминов, предположили американские ученые.

Витамины спасают от мигрени

Результаты исследования, проведенного специалистами Детской больницы Цинциннати, были представлены на 58-й ежегодной научной конференции Американского общества по изучению головной боли.

Исследователи протестировали более 7,5 тысяч детей, подростков и молодых людей, наблюдавшихся в больнице в связи с мигренью, на уровень содержания витаминов в крови. Оказалось, что у тех из них, кто часто страдает от приступов болезни, как правило, отмечается дефицит витамина D, витамина B2, фолатов — солей фолиевой кислоты, и коэнзима Q10 — витаминоподобной субстанции, требующейся для выработки энергии в клетках.

Недостаток Q10 чаще наблюдается у девочек и молодых женщин, а нехватка витамина D — у мальчиков и молодых мужчин. У пациентов с хронической мигренью чаще, чем у пациентов с эпизодическими приступами, встречается дефицит витамина B2 и Q10.

Поскольку все витамины играют ту или иную роль в клеточном метаболизме, исследователи предположили, что с помощью мигрени мозг сообщает о недостатке необходимых организму веществ. «Чтобы определить, смогут ли витаминные добавки помочь в борьбе с мигренью в целом, и облегчат ли они состояние пациентов с умеренным дефицитом витаминов в частности, требуются дальнейшие исследования», — подчеркнула ведущий автор исследования Сюзанна Хаглер (Suzanne Hagler).

В исследовании, опубликованном в 2012 году в журнале Journal of Neural Тransmission, утверждается, что в основе появления приступов мигрени — дефицит магния, поэтому врачи рекомендуют пациентам в начальной стадии болезни принимать магний в комбинации с мультивитаминами.

Однако, как пишет Medical Daily, вместо искусственных добавок лучше получать все необходимые вещества и микроэлементы из пищи. Так, витамина D, помогающего организму усваивать кальций, много в лососе, тунце, сыре и яйцах, молоке и апельсиновом соке. Витамином B2 богаты соевые бобы, шпинат, индейка, миндаль, йогурт. Фолаты присутствуют в таких зеленых овощах, как брокколи и шпинат, а также в турецком горохе (нуте), бобах и чечевице. Коэнзим Q10 есть в брокколи, листовых овощах, орехах, рыбе, моллюсках, свинине, говядине и курице. Источниками магния являются молоко, миндаль, подсолнечные и тыквенные семечки, бананы, кэшью, льняное семя.

Ссылка на источник

Быстрая эволюция митохондриальной ДНК может порождать новые виды

История эволюции на Земле знает множество примеров, когда изолированные популяции одного и того же вида со временем теряют способность скрещиваться между собой и становятся отдельными видами.

Быстрая эволюция митохондриальной ДНК может порождать новые виды

Новое исследование американских генетиков показывает, что одну из ключевых ролей в этом процессе могут играть быстрые изменения в митохондриальной ДНК.

Read more...Collapse )

Ссылка на источник

Можно ли общаться с помощью эмодзи

Семнадцатого июля — международный день эмодзи, смешных картинок-сообщений, используемых в электронных сообщениях и на веб-страницах. День эмодзи отмечается с 2002 года, когда компания Apple анонсировала личный программный календарь для Mac OS X.

Можно ли общаться с помощью эмодзи

На стилизованной иконке от Apple, изображающей календарь, с тех пор стоит именно эта дата. Иконка полюбилась пользователям, став одной из эмодзи наряду с другими. Популярность картинок, проникших в язык веб-общения, порой заставляет говорить о появлении новой графической системы знаков.

Эмодзи — очень аморфное и неоднородное явление, в нем смешаны разные, c семиотической точки зрения, знаки и системы. Обычно этим словом обозначают пиктограммы, но это могут быть и языковые знаки, и смайлики — эмодзи функционируют очень по-разному.

Read more...Collapse )

Ссылка на источник

На основе перца чили создан препарат против ожирения

Новое лекарство против ожирения продемонстрировало отличные результаты в ранних экспериментах на мышах: его применение привело к долгосрочной потере веса и улучшению метаболического здоровья у грызунов, питающихся пищей с высоким содержанием жиров.

На основе перца чили создан препарат против ожирения

Не секрет, что ожирение невероятно опасно для здоровья. Оно часто сопровождается сахарным диабетом, провоцирует раннее старение мозга, а также увеличивает риск развития болезней сердца. Кроме того, женщины с лишним весом чаще других рожают биологически более старых детей, а у мужчин ожирение изменяет наследственную информацию, содержащуюся в сперме. По этой причине учёные всего мира разрабатывают способы борьбы с распространённым недугом.

Read more...Collapse )

Ссылка на источник

Учёные выявили факторы, помогающие снизить риск развития ожирения у ребёнка

Проблема детского ожирения является крайне серьёзной. Генетики, врачи и диетологи, которые бьются над этим вопросом уже не первый год, отмечают, что ожирение — вопрос не столько эстетический, сколько медицинский.

Учёные выявили факторы, помогающие снизить риск развития ожирения у ребёнка

Избыточный вес в раннем возрасте приводит к проблемам с сердцем, развитию диабета и нарушению обмена веществ. Поэтому эту проблему необходимо устранить ещё в зародыше — в буквальном смысле.

Read more...Collapse )

Ссылка на источник