[論文レビュー] Neurocognitive Informatics Manifesto

Włodzisław Duch|arXiv (Cornell University)|Jan 10, 2021

Computability, Logic, AI Algorithms参考文献 135被引用数 4

ひとこと要約

この宣言は、人間の認知プロセスを計算システムのモデルとして用いることで、人工知能と神経科学をつなぐ分野として神経認知情報学を提唱する。人間の認知が依然として優れている分野において、生物学的インスピレーションを受けるアルゴリズムを用いて、機械の情報理解、表現、管理能力を向上させることを提唱する。

ABSTRACT

Informatics studies all aspects of the structure of natural and artificial information systems. Theoretical and abstract approaches to information have made great advances, but human information processing is still unmatched in many areas, including information management, representation and understanding. Neurocognitive informatics is a new, emerging field that should help to improve the matching of artificial and natural systems, and inspire better computational algorithms to solve problems that are still beyond the reach of machines. In this position paper examples of neurocognitive inspirations and promising directions in this area are given.

研究の動機と目的

• 人工知能と認知神経科学を統合する新しい学際的分野として神経認知情報学を確立すること。
• 人工知能と人間の認知能力の間の継続的な格差、特に情報理解、表現、管理の分野における格差を是正すること。
• 人間の神経認知プロセスを模倣することで、新たな計算アルゴリズムの開発を促進すること。
• 生物学的認知の知見を活用して人工システムを強化する学際的協働研究を促進すること。
• 生物学的インスピレーションを受けるAIおよび認知コンピューティング分野における今後の研究の基盤となる枠組みを提供すること。

提案手法

• 自然および人工情報システムに注目した情報学の拡張として、神経認知情報学の理論的枠組みを提唱する。
• 神経科学および認知科学の原則を基に、人間の脳における情報処理をモデル化する。
• 神経動態、可塑性、階層的表現が認知処理において果たす役割に注目する。
• スパikingニューロン、シナプス適応、注意の調節といった生物学的に妥当なメカニズムをアルゴリズム設計に活用することを奨励する。
• 人間の認知の知見を機械学習およびAIアーキテクチャに統合することを提唱する。
• この分野を抽象的な情報理論と具体的な神経生物学的メカニズムの橋渡しとして位置づける。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 人間の神経認知システムからの知見は、人工情報処理システムの設計をどのように改善できるか？
• RQ2 脳から導かれる計算原理は、機械の複雑な情報の理解と表現をどのように向上させられるか？
• RQ3 人工システムはどのような点で人間の認知の頑健さと適応性をよりよく模倣できるか？
• RQ4 神経動態と可塑性は、現在のAIと比較して優れた認知的パフォーマンスを実現するために果たす役割は何か？
• RQ5 AIと神経科学の学際的協働は、認知コンピューティング分野の進展をどのように加速できるか？

主な発見

• 神経認知情報学は、人工情報システムと自然情報システムのパフォーマンス格差を埋める有望な道筋を提供する。
• 人間の認知は、情報管理、表現、理解の分野で優れているが、ここでは依然として機械が劣っている。
• 生物学的インスピレーションを受けるモデルは、より頑健で適応性の高い計算アルゴリズムの開発に繋がる可能性がある。
• この分野は、可塑性や動的再構成といった神経メカニズムに基づく新しいアルゴリズムの開発を促進する。
• 神経認知情報学は、認知AIおよび脳にインspiredしたコンピューティング分野における今後の研究の概念的基盤を提供する。
• この宣言は、この新興分野を体系的に発展させるために、制度的および協働的支援の必要性を訴えている。