Eine bahnbrechende Studie von Forschern der Columbia University zeigt, dass neuronale Netze organisch in Breite, Tiefe und Zeit wachsen können – und dass die Zeit, die sie zur Verarbeitung von Informationen benötigen, menschlichen Reaktionszeiten ähnelt.
Die Forschung
Eivinas Butkus, Kedar Garzón Gupta und Nikolaus Kriegeskorte entwarfen ein rekurrentes Faltungsnetzwerk, das selbst entscheiden konnte, wie breit und tief es ist und wie viele rekurrente Schritte (Zeit) es verwendet. Sie fügten differenzierbare Kosten für jede Ressource hinzu – Breite (Anzahl der Einheiten pro Schicht), Tiefe (Anzahl der Schichten) und Zeit (Anzahl der rekurrenten Schritte) – und trainierten das Netzwerk mit Objekterkennungsaufgaben. Durch Anpassen des "Drucks" auf jede Kostenart wuchs das Netzwerk spontan in verschiedenen Architekturen: breit und flach, tief und schmal oder etwas dazwischen. Das Team fand heraus, dass alle drei Ressourcen gegeneinander eingetauscht werden können, um eine bestimmte Genauigkeit zu erreichen. Zum Beispiel konnte eine Halbierung der Tiefe durch eine Verdoppelung der Breite oder durch mehr rekurrente Schritte ausgeglichen werden. Wenn die Eingaben teilweise verdeckt waren, benötigte das Netzwerk automatisch mehr rekurrente Schritte – es "dachte länger" über schwierigere Probleme nach. Am auffälligsten war, dass die Zeit, die das Modell für jedes Bild aufwendete, mit den menschlichen Reaktionszeiten bei derselben Objekterkennungsaufgabe korrelierte (r = 0,62, p < 0,001).
Warum es wichtig ist
Diese Erkenntnis legt nahe, dass auch unser Gehirn räumliche Ressourcen (Neuronenanzahl, Hirnrindenfläche) gegen zeitliche Ressourcen (Verarbeitungszeit) eintauschen könnte. Die Tatsache, dass eine einfache Kostenstrafe gehirnähnliches Verhalten erzeugen kann, deutet darauf hin, dass Evolution und Entwicklung ähnliche Prinzipien nutzen könnten. Für Sie bedeutet dies, dass Ihr Gehirn ständig Geschwindigkeit und Genauigkeit abwägt – und dass mehr Zeit für ein Problem begrenzte neuronale Ressourcen ausgleichen kann. Es bestätigt auch, warum Reaktionszeittests in IQ-Tests verwendet werden: Sie nutzen diesen grundlegenden Kompromiss.
Was Sie tun können
Üben Sie Aufgaben, die sowohl Geschwindigkeit als auch Genauigkeit erfordern, wie zeitgesteuerte Puzzles oder Gedächtnisspiele. Wenn Sie langsamer werden, um ein Problem richtig zu lösen, nutzen Sie eine tiefere Verarbeitung – eine natürliche Version von mehr "Zeitschritten". Mit der Zeit kann Ihr Gehirn effizienter darin werden, Ressourcen zuzuweisen.
Quelle: arXiv q-bio.NC
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