L'IA décode les préférences des neurones du cortex visuel, révélant comment ils choisissent les images

Depuis plus de 5 décennies, les scientifiques savent que les neurones dans le cortex visuel ne répondent pas de manière égale à différentes images. C'est ce qui permet aux animaux de reconnaître, comprendre et interpréter de grandes quantités d'indices visuels autour d'eux.

L'expérience

L'équipe a capturé les réponses neurales de 6 singes macaques et les a fournies au modèle basé sur l'IA. Le modèle a mesuré les taux de tir de chaque neurone visuel dans les cerveaux et a généré des images auto-ajustées.

Les singes ont vu ces images synthétiques en flashs de 0,1 seconde pendant quelques heures. La première image était un motif textural arbitraire en niveaux de gris. L'IA a lentement introduit des couleurs et des formes basées sur les réponses neurales. L'image finale a été transformée en quelque chose qui incarne complètement la préférence d'un neurone.

Cette approche basée sur l'IA utilise un réseau de neurones génératif profond et un algorithme génétique nommé XDREAM, spécialement conçu par les chercheurs pour guider l'évolution d'une nouvelle image synthétique.

Référence : Cell | DOI:10.1016/j.cell.2019.04.005 | The Harvard Gazette

L'IA a été capable de générer un super-stimulus pour les neurones à la fin de chaque expérience. Les résultats de toutes les expériences étaient assez cohérents. De nombreux neurones ont évolué des images via l'IA qui n'étaient pas identiques mais étaient exceptionnellement similaires.

Certaines images répondaient aux attentes des chercheurs. Par exemple, un neurone qui devrait répondre aux visages a évolué des images roses circulaires avec deux taches sombres similaires à des yeux.

Images naturelles vs images évoluées par les neurones dans le cortex inféro-temporal du singe | Avec l'aimable autorisation des chercheurs

Certains résultats étaient étonnants. Par exemple, un des neurones du singe a constamment produit des images d'un corps de singe avec une tache rouge autour de son cou. L'équipe a finalement découvert que ce singe avait été élevé avec l'autre qui portait un collier rouge.

Cependant, toutes les images finales n'avaient pas de sens : un neurone d'un singe a produit une forme sombre amorphe tandis qu'un autre a évolué un minuscule carré noir.

Quelle est la suite ?

Selon les chercheurs, ces réponses des neurones ne sont pas naturelles, mais sont les résultats d'une exposition continue à des stimuli visuels pour une période spécifique. Comment exactement les neurones produisent ces images est encore inconnu. L'équipe prévoit de répondre à cette question dans leur prochaine étude.

Apprendre comment le cortex visuel répond à certaines images pourrait aider les scientifiques à mieux comprendre le mécanisme qui motive les maladies cognitives associées, y compris les troubles du spectre autistique et les troubles d'apprentissage.