ภูมิปัญญาในโครงข่ายประสาท (1) (ประวัติศาสตร์อุตสาหกรรมไบโอเทค)

Biology Beyond Nature | ภาคภูมิ ทรัพย์สุนทร

ภูมิปัญญาในโครงข่ายประสาท (1)

(ประวัติศาสตร์อุตสาหกรรมไบโอเทค)

ภูมิปัญญา (intelligence) คือความสามารถในการตัดสินใจอย่างถูกต้อง

ทั้งโครงข่ายประสาทในสมองมนุษย์ และโครงข่ายประสาทเทียม (artificial neuron network) ของเอไอคือเครื่องจักรแห่งภูมิปัญญาสำหรับ “การตัดสินใจ (decision)” ความสามารถในการตัดสินใจนี้สามารถถูกนำไปใช้กับ “งานจำแนกแยกแยะ (classification)” เพื่อเข้าใจความหมายของคำที่เราอ่าน วัตถุที่เราเห็น หรือเสียงที่เราได้ยิน

จำแนกแยกแยะว่าคำนี้สุภาพหรือหยาบคาย วัตถุนั้นเป็นสิ่งมีชีวิตหรือไม่มีชีวิต หรือว่าเสียงที่ได้ยินมาจากมนุษย์หรือสัตว์, ชายหรือหญิง, เกรี้ยวกราดหรือพึงพอใจ

ความสามารถในการตัดสินใจยังอาจถูกนำไปใช้ใน “งานสร้างสรรค์ (generation)” เช่น เลือกใช้คำในประโยคที่จะเขียน เลือกสีกับลายเส้นบนภาพวาด เลือกลำดับโน้ตในบทเพลงประพันธ์ ฯลฯ

องค์ประกอบพื้นฐานของเครือข่ายเหล่านี้คือ “เซลล์ประสาท (neuron)” – หน่วยตัดสินใจที่เรียบง่ายที่สุด

เซลล์ประสาทรับสัญญาณเข้า (input) มาหลายทางในรูปแบบของสัญญาณไฟฟ้าในระบบประสาท และตัดสินใจว่าจะส่งสัญญาณออก (output) หรือไม่ และส่งออกที่ความแรงของสัญญาณขนาดไหน

สัญญาณออกจากเซลล์ประสาทหนึ่งสามารถทำหน้าที่เป็นสัญญาณเข้าให้กับเซลล์ประสาทอีกเซลล์หนึ่ง

ด้วยวิธีนี้เซลล์ประสาทที่ทำได้เพียงการติดสินใจง่ายๆ หลายเซลล์สามารถทำงานร่วมกันเป็นเครือข่ายที่สามารถทำการตัดสินใจที่ซับซ้อนมากๆ ได้

ทุกสิ่งที่เรารับรู้-ไม่ว่าจะเป็นภาพ เสียง ข้อความ กลิ่น ฯลฯ-ถูกแปลงเป็นสัญญาณไฟฟ้าและถูกประมวลผลโดยเครือข่ายประสาท ทุกสิ่งที่เรากระทำ-ไม่ว่าจะเป็นการเขียน พูด ขยับเขยื้อนเคลื่อนไหว หรือแม้แต่ปฏิกิริยาการตอบสนองทางสรีรวิทยาใดๆ ในร่างกาย – ก็ถูกสั่งการผ่านสัญญาณไฟฟ้าที่ออกมาจากการตัดสินใจของเครือข่าย

Cr. ณฤภรณ์ โสดา

เครือข่ายประสาทเทียมคือความพยายามของเราในการจำลองกระบวนการตัดสินใจนี้ในคอมพิวเตอร์

กระบวนการตัดสินใจของทั้งเครือข่ายถูกกำหนดโดยพฤติกรรมการตัดสินใจของแต่ละเซลล์ประสาทในการประมวลผลสัญญาณเข้าและออก

ความสัมพันธ์ระหว่างสัญญาณเข้าและออกนี้ถูกอธิบายเป็นฟังก์ชั่นทางคณิตศาสตร์ง่ายๆ ว่า ถ้าผลรวมของสัญญาณเกินค่าขีดจำกัดที่กำหนดไว้ จะส่งสัญญาณออก แต่ถ้าไม่เกินก็จะไม่ส่งสัญญาณออก

ตัวแปรที่กำหนดความสัมพันธ์นี้ เช่น การถ่วงน้ำหนัก (weight) ให้ความสำคัญของแต่ละสัญญาณเข้า หรือขีดขั้นต่ำในการส่งสัญญาณออก (threshold) ของแต่ละเซลล์ประสาทจึงกำหนดพฤติกรรมของการตัดสินใจของเซลล์ประสาทแต่ละเซลล์และโครงข่ายประสาทโดยรวม

“การเรียนรู้ (learning)” คือการใช้ข้อมูลในอดีตเพื่อช่วยเพิ่มความถูกต้องในการตัดสินใจในอนาคต เมื่อเครือข่ายประสาทเรียนรู้ มันจะปรับตัวแปรสำคัญต่างๆ ในฟังก์ชั่นการทำงานของเซลล์ประสาทแต่ละตัวตามสัญญาณที่เคยผ่านเข้ามา

เมื่อเซลล์ประสาทแต่ละตัวปรับปรุงกระบวนการตัดสินใจของตน พฤติกรรมโดยรวมของเครือข่ายก็จะพัฒนาไป

จากการปรับปรุงทีละเล็กทีละน้อยเหล่านี้ เครือข่ายจึงมีความสามารถที่ดีขึ้นในการจำแนกคำ, ภาพ, หรือเสียง รวมถึงสามารถสร้างข้อความ, แต่งเพลง หรือวาดรูปได้อย่างถูกต้องยิ่งขึ้น

งานจำแนกแยกแยะและงานสร้างสรรค์ล้วนต้องใช้ภูมิปัญญาเพื่อการตัดสินใจ
Cr. ณฤภรณ์ โสดา

นอกจากฟังก์ชั่นการทำงานของแต่ละเซลล์ประสาทแล้ว รูปแบบการจัดเรียงตัวของเซลล์ประสาทหรือที่นักวิทยากรคอมพิวเตอร์เรียกว่าสถาปัตยกรรมเครือข่ายประสาท (neural network architecture) ยังเป็นอีกส่วนสำคัญที่กำหนดพฤติกรรมของโครงข่ายประสาท

สมองของเราไม่ได้ประกอบด้วยเซลล์ประสาทแบบเดียวที่เชื่อมต่อกันแบบสุ่มแต่ประกอบด้วยเซลล์หลายหลายประเภทที่เชื่อมต่อกันอย่างจำเพาะทั้งภายในและระหว่างพื้นที่ต่างๆ ของสมอง

รูปแบบการเชื่อมต่อที่ซับซ้อนเหล่านี้ช่วยให้เราสามารถทำงานได้หลากหลาย ตั้งแต่การตอบสนองขั้นพื้นฐานไปจนถึงการใช้เหตุผลและจินตนาการระดับสูง ช่วงหลายสิบปีที่ผ่านมา นักวิจัยได้พัฒนาสถาปัตยกรรมของเครือข่ายประสาทเทียมที่เลียนแบบโครงสร้างทางชีวภาพเหล่านี้

สถาปัตยกรรมที่ถูกเลือกใช้นั้นมีผลอย่างมากต่อความสามารถของเครือข่ายในการเรียนรู้และตัดสินใจ

เซลล์ประสาททำงานร่วมกันเป็นเครือข่ายสำหรับงานตัดสินใจที่ซับซ้อน
Cr. ณฤภรณ์ โสดา

การเรียนรู้คือการเอาข้อมูลในอดีตมาพัฒนาการตัดสินใจในอนาคต
Cr. ณฤภรณ์ โสดา

สะดวก ฉับไว คุ้มค่า สมัครสมาชิกนิตยสารมติชนสุดสัปดาห์ได้ที่นี่https://t.co/KYFMEpsHWj

— MatichonWeekly มติชนสุดสัปดาห์ (@matichonweekly) July 27, 2022