Das menschliche Gehirn hat gegenüber künstlicher Intelligenz weiterhin die Nase vorn, und zwar dank seiner Fähigkeit, Fertigkeiten zwischen verschiedenen Aufgaben zu übertragen. Eine neue Studie der Princeton University unter der Leitung des Neurowissenschaftlers Tim Buschman hat aufgedeckt, wie dies funktioniert. Die Forschenden untersuchten keine Menschen, sondern Affen, genauer gesagt Makaken, deren Biologie und Gehirnfunktion denen des Menschen ähneln.
Wie das Experiment mit den Affen ablief
Die Affen hatten die Aufgabe, Formen und Farben auf einem Bildschirm zu unterscheiden. Konkret handelte es sich um drei Aufgaben: Bei einer kategorisierten sie die Form – ob sie eher einem „Häschen“ oder dem Buchstaben „T“ ähnelte – und antworteten, indem sie in den oberen linken oder unteren rechten Bereich blickten. Bei einer weiteren Aufgabe ging es um die Farbe – Rot bedeutete einen Blick nach oben rechts, Grün nach unten links. Die dritte Aufgabe kombinierte die Farbe mit der ersten Antwortachse.
Während dieser Aufgaben scannten die Forschenden die Gehirne der Affen und suchten nach sich überschneidenden Aktivitätsmustern. Sie stellten fest, dass das Gehirn verschiedene Neuronenblöcke verwendet, die mit „kognitiven Lego-Bausteinen“ verglichen werden können. Diese Blöcke werden für neue Aufgaben wiederverwendet und neu kombiniert, was dem Gehirn eine enorme Flexibilität verleiht.
Vorteil gegenüber KI
Künstliche Intelligenz ist bei einzelnen Aufgaben hervorragend, hat jedoch Schwierigkeiten, Wissen zu übertragen. KI-Modelle leiden häufig unter „katastrophalem Vergessen“: Sie lernen eine neue Aufgabe, vergessen dabei aber die vorherige. Das Gehirn von Affen und auch unser eigenes kann dagegen altes Wissen schnell an neue Situationen anpassen.
Diese kognitiven Lego-Bausteine konzentrierten sich im präfrontalen Kortex, einem Bereich, der mit Problemlösung, Planung und Entscheidungsfindung verbunden ist. Wenn ein Block nicht benötigt wurde, nahm seine Aktivität ab, was dabei hilft, sich auf die aktuelle Aufgabe zu konzentrieren. Die Forschenden beobachteten, wie die Affen die Änderung der Aufgabe schrittweise erkannten – nach dem Wechsel zu einer Farbaufgabe verbesserte sich ihre Leistung beispielsweise innerhalb der ersten 75 Versuche von 62 % auf 77 %.
Bei einer Aufgabe kategorisierten die Affen die Farbe. Gehirnscans zeigten, dass die Farbinformationen aufgabenübergreifend in denselben Unterräumen neuronaler Aktivität repräsentiert wurden. Ebenso wurden motorische Reaktionen – Blicke in bestimmte Richtungen – zwischen den Aufgaben geteilt.
Die Forschenden verwendeten Klassifikatoren, um diese Informationen aus der neuronalen Aktivität zu dekodieren. Ein Klassifikator, der beispielsweise während einer Aufgabe anhand der Farbe trainiert worden war, dekodierte die Farbe erfolgreich bei einer anderen Aufgabe, mit einer Latenz von 65 ms nach der Präsentation des Reizes im lateralen präfrontalen Kortex. In ähnlicher Weise wurden motorische Reaktionen mit einer Latenz von 128 ms dekodiert.
Wie die Affen neue Aufgaben lernten
Die Affen wurden nicht über die Änderung der Aufgabe informiert – sie mussten dies anhand des Feedbacks selbst herausfinden. Als sie von einer Formaufgabe zu einer Farbaufgabe wechselten, passte sich ihre interne Vorstellung von der Aufgabe (dekodiert aus der Aktivität im präfrontalen Kortex) schrittweise an. Diese Vorstellung beeinflusste anschließend, wie stark die gemeinsamen Unterräume für Farbe oder Form aktiviert wurden.
Bei der Kombination von Aufgaben verbesserte sich die Leistung beispielsweise schneller; der Unterschied betrug bei den ersten 20 Versuchen bis zu 10,26 %. Die neuronale Aktivität zeigte, dass irrelevante Informationen (wie die Form bei einer Farbaufgabe) schrittweise unterdrückt wurden, während relevante Informationen (die Farbe) verstärkt wurden.
Warum dies KI und Medizin helfen könnte
Die Forschung deutet darauf hin, dass ein Verständnis dieser Mechanismen das Training von KI verbessern und sie anpassungsfähiger machen könnte. Es könnte auch bei der Behandlung neurologischer Störungen helfen, bei denen Menschen Schwierigkeiten haben, Fertigkeiten in neuen Situationen anzuwenden.
Die Studie wurde in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht und umfasste detaillierte Analysen, etwa zur Korrelation zwischen den gemeinsamen Repräsentationen von Farbe und motorischen Reaktionen, mit einem zeitlichen Vorlauf von 36 ms vor der Augenbewegung (Sakkade).
Weitere Quelle: sciencealert.com
