Une nouvelle méthode d'Intelligence Artificielle

Publié par Redbran le 05/02/2020 à 14:00
Source et illustrations: Université de Liège (ULiège)

L'Intelligence Artificielle (IA) a permis ces dernières années le développement de techniques d'apprentissage automatique très performantes. Cependant, ces techniques sont souvent appliquées tâche par tâche, ce qui implique qu'un agent intelligent entrainé pour une tâche aura de piètres performances sur d'autres tâches, même très similaires. Pour pallier ce problème, des chercheurs de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission...) de Liège (ULiège) ont développé un nouvel algorithme basé sur un mécanisme biologique appelé la neuromodulation. Cet algorithme permet de créer des agents intelligents capables de réaliser des tâches non rencontrées pendant l'entrainement. Ce résultat inédit et exceptionnel est présenté cette semaine dans la revue PLOS ONE.

Malgré les immenses progrès dans le domaine de l'IA ces dernières années, nous sommes encore très éloignés de l'intelligence humaine. En effet, si les techniques d'IA actuelles permettent d'entrainer des agents informatiques à effectuer certaines tâches mieux que des humains lorsqu'ils sont entrainés spécifiquement pour celles-ci, les performances de ces mêmes agents sont souvent fort décevantes lorsqu'ils sont mis dans des conditions (même légèrement) différentes de celles vécues lors de l'entrainement.

L'être humain est, lui, capable de s'adapter à de nouvelles situations très efficacement en utilisant les compétences qu'il a acquises tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) au long de sa vie (La vie est le nom donné :). Par exemple, un enfant ayant appris à marcher dans un salon saura rapidement marcher également dans un jardin. Dans un tel contexte (Le contexte d'un évènement inclut les circonstances et conditions qui l'entourent; le contexte d'un mot, d'une phrase ou d'un texte inclut les mots qui l'entourent. Le concept de contexte issu...), l'apprentissage (L’apprentissage est l'acquisition de savoir-faire, c'est-à-dire le processus d’acquisition de pratiques, de connaissances, compétences, d'attitudes ou de valeurs culturelles, par l'observation, l'imitation,...) de la marche (La marche (le pléonasme marche à pied est également souvent utilisé) est un mode de locomotion naturel. Il consiste en un déplacement en appui alternatif sur les jambes, en position debout et en ayant toujours...) est associé à la plasticité synaptique qui modifie les connexions entre neurones, tandis que l'adaptation rapide des compétences de marche apprises dans le salon à celles nécessaires pour marcher dans le jardin est associée à la neuromodulation. Celle-ci modifie les propriétés "entrée-sortie" des neurones eux-mêmes via des neuromodulateurs chimiques.



La plasticité synaptique est à la base de toutes les dernières avancées dans le domaine de l'IA. Cependant aucun travail scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui se consacre à l'étude d'un domaine avec la rigueur et les méthodes scientifiques.) n'avait proposé jusqu'à aujourd'hui une manière d'introduire un mécanisme de neuromodulation dans des réseaux de neurones artificiels. Ce résultat tout à fait exceptionnel, décrit cette semaine dans la revue PLOS ONE, est issu d'une collaboration très fructueuse entre des chercheurs en neurosciences (Les neurosciences correspondent à l'ensemble de toutes les disciplines biologiques et médicales qui étudient tous les aspects, tant normaux que...) et des chercheurs en intelligence artificielle (L'intelligence artificielle ou informatique cognitive est la « recherche de moyens susceptibles de doter les systèmes informatiques de capacités intellectuelles comparables à...) de l'Université de Liège mettant au point (Graphie) des algorithmes intelligents: deux doctorants, Nicolas Vecoven et Antoine Wehenkel, ainsi que deux professeurs, Damien Ernst (spécialiste en intelligence artificielle) et Guillaume (Guillaume est un prénom masculin d'origine germanique. Le nom vient de Wille, volonté et Helm, heaume, casque, protection.) Drion (neuroscientifique).



Ces chercheurs de l'ULiège ont développé une architecture (L’architecture peut se définir comme l’art de bâtir des édifices.) de réseaux de neurones artificiels tout à fait originale, introduisant une interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui suppose l'entrée en contact de sujets.) entre deux sous-réseaux. Un premier prend en compte toutes les informations contextuelles concernant la tâche à résoudre et, sur la base de ces dernières, neuromodule le deuxième sous-réseau (Le mot sous-réseau a deux significations. Sa signification ancienne mais plus générale est un réseau (Réseau informatique) physique faisant parti d'un réseau plus global...) à la manière des neuromodulateurs chimiques du cerveau (Le cerveau est le principal organe du système nerveux central des animaux. Le cerveau traite les informations en provenance des sens, contrôle de nombreuses...). Grâce à la neuromodulation, ce deuxième sous-réseau, déterminant les actions que l'agent intelligent doit effectuer, peut donc être adapté très rapidement en fonction de la tâche courante. Cela permet à l'agent de résoudre efficacement de nouvelles tâches.

Cette architecture novatrice a été testée avec succès sur des classes de problèmes de navigation (La navigation est la science et l'ensemble des techniques qui permettent de :) pour lesquels l'adaptation est nécessaire. Des agents entrainés à se déplacer vers une cible, tout en évitant des obstacles, ont notamment été capables de s'adapter à des situations dans lesquelles leur mouvement était perturbé par du vent (Le vent est le mouvement d’une atmosphère, masse de gaz située à la surface d'une planète. Les vents les plus violents connus ont lieu sur Neptune et sur Saturne. Il est essentiel à tous les...) dont la direction est extrêmement variable (En mathématiques et en logique, une variable est représentée par un symbole. Elle est utilisée pour marquer un rôle dans une formule, un prédicat ou un algorithme. En statistiques, une variable peut aussi...).

Pr Damien Ernst: "La nouveauté de cette recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique désigne également le cadre...) est que, pour la première fois, des mécanismes cognitifs identifiés en neurosciences trouvent des applications algorithmiques dans un contexte multi-tâches. Cette recherche ouvre des perspectives dans l'exploitation en IA de la neuromodulation, mécanisme-clé du fonctionnement du cerveau humain."

Référence publication:
'Introducing Neuromodulation in Deep Neural Networks to Learn Adaptive Behaviours', PLOS ONE, 27 janvier 2020.

Contacts:
Département d'électricité (L’électricité est un phénomène physique dû aux différentes charges électriques de la matière, se manifestant par une énergie. L'électricité désigne également la branche de la physique qui étudie les...), électronique et informatique (L´informatique - contraction d´information et automatique - est le domaine d'activité scientifique, technique et industriel en rapport avec le traitement automatique...), Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel...) Montefiore, Université de Liège
- Nicolas VECOVEN, ingénieur (« Le métier de base de l'ingénieur consiste à résoudre des problèmes de nature technologique, concrets et souvent complexes, liés à la conception, à la réalisation et...) doctorant (Un doctorant est un chercheur débutant s'engageant, sous la supervision d'un directeur de thèse, dans un projet de recherche sur une durée variable...)
- Pr Guillaume DRION
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