Neural-AI Reading Group : dirigé par des étudiants, un groupe de lecture au carrefour de l’intelligence artificielle et des neurosciences

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11/03/2021
Neural-AI Reading Group : dirigé par des étudiants, un groupe de lecture au carrefour de l’intelligence artificielle et des neurosciences
par Raymond Chua

Note de la rédaction : Je tiens à remercier les co-organisateurs du groupe de lecture sur l’IA neuronale, Mandana et Max, ainsi que la communicatrice scientifique de Mila, Brigitte Tousignant, pour leur aide dans l’édition du contenu de ce blogue.

Au carrefour des neurosciences et de l’intelligence artificielle, le cerveau humain a longtemps été une riche source d’inspiration pour concevoir une IA ayant une intelligence cognitive de type humain. La compréhension des mécanismes sous-jacents du cerveau peut éclairer le développement de nouveaux algorithmes et systèmes qui pourraient aider les chercheurs à mieux comprendre la fonction cognitive (Chance et coll., 2020). Pourtant, ces dernières années, l’attention s’est portée sur le développement de la symbiose entre l’IA et les neurosciences, et sur la manière dont ces deux domaines peuvent s’influencer mutuellement.

Un nombre croissant de chercheurs, à Mila et ailleurs, se sont ainsi spécialisés en « neuroIA », le terme commun utilisé pour définir la recherche au carrefour des deux disciplines. En 2019, j’ai vu là l’occasion de créer le groupe de lecture « Neural-AI » (l’IA neuronale), organisé chaque semaine avec l’aide de mes collègues de Mila, Mandana Samiei (PhD, McGill) et Maximilian Puelma Touzel (post-doc, UdeM).

Cette publication donne un aperçu du groupe de lecture sur l’IA neuronale, des chercheurs de Mila qui travaillent actuellement au carrefour des neurosciences et de l’IA, et des avantages de s’impliquer dans la communauté Mila en participant à l’un de ses différents groupes de lecture.

Groupe de lecture sur l’IA neuronale

L’un des principaux objectifs du groupe de lecture est de permettre aux membres de la communauté Mila ayant des intérêts similaires de se réunir et de discuter de manière critique et constructive des articles scientifiques relatifs à la neuroIA. En plus d’apprendre à connaître la grande communauté de la neuroIA à Mila, les membres ont fréquemment l’occasion de rencontrer des leaders dans chacun des deux domaines et de participer à des discussions susceptibles de leur fournir de nouvelles perspectives de travail et des occasions de collaboration de recherche. Le groupe de lecture sur l’IA neuronale est ouvert à tous les membres de Mila (étudiants, professeurs et personnel) et se réunit chaque semaine, sauf s’il y a des conférences ou des congés.

Les séances du groupe de lecture alternent entre discussions sur des articles scientifiques et conférences. Les articles sont sélectionnés par le comité organisateur dans des revues scientifiques et des actes de conférences sur les neurosciences, telles que Computational and Systems Neuroscience (Cosyne) et Conference on Cognitive Computational Neuroscience (CCN), ou sur l’IA, telles que l’International Conference for Learning Representations (ICLR) et Neural Information Processing Systems (NeurIPS). En avril 2019, la toute première réunion du groupe a examiné « Neuroscience-Inspired Artificial Intelligence », un important document de synthèse publié dans la revue Neuron de Cell Press et rédigé par les chercheurs de DeepMind Demis Hassabis (fondateur de DeepMind), Dharshan Kumaran, Christopher Summerfield et Matthew Botvinick. Ces auteurs ont déjà publié plusieurs articles fondateurs sur des sujets touchant l’apprentissage biologique et artificiel. Ils ont notamment donné des exemples de la manière dont l’IA et l’apprentissage automatique ont été utilisés pour mieux comprendre le cerveau et contribué à la création de systèmes d’IA inspirés par la biologie qui visent à combler certaines des lacunes des systèmes d’IA traditionnels.

Le groupe de lecture bénéficie également de conférences données par des spécialistes invités qui présentent leurs travaux en neuroIA. Ces conférences offrent de belles occasions de collaboration et de libre circulation des idées entre les membres de Mila et les spécialistes. Depuis le début de la pandémie, de nombreux experts du monde entier ont présenté leurs recherches virtuellement au cours d’une des séances du groupe de lecture, sur des sujets tels que l’intelligence homéostatique et la cognition sans échelle, les pensées rationnelles dans les codes neuronaux, une perspective évolutive sur les réseaux neuronaux biologiques et artificiels, et des comptes rendus normatifs sur la fatigue cognitive et l’ennui. Notre première conférence de Noël a été donnée par l’experte en neurosciences Jacqueline Gottlieb, chercheuse principale à l’Institut Mortimer B. Zuckerman sur l’esprit, le cerveau et le comportement de l’Université Columbia et directrice du groupe de recherche sur la curiosité. Le thème était Curiosité et demande d’information : comment les étudier et pourquoi s’en soucier.

Neurosciences et IA à Mila

À Mila, de nombreux membres du corps professoral travaillent actuellement sur les relations entre neurosciences et IA, notamment Blake Richards, Irina Rish, Guillaume Lajoie, Eilif Muller, Danilo Bzdok, Pouya Bashivan, Julien Cohen-Adad, Guillaume Dumas et Yoshua Bengio. Voici un échantillon de certains de leurs thèmes de recherche actuels :

  • Blake Richards (McGill) est le chercheur principal du LiNC Lab qui se concentre sur trois grands domaines de recherche, dont le problème de l’attribution de crédits dans les réseaux neuronaux biologiques et artificiels, l’utilisation des connaissances sur la mémoire naturelle afin de développer des systèmes de mémoire pour les réseaux neuronaux artificiels qui ont une plus grande flexibilité et une meilleure compréhension, ainsi que le développement d’outils d’apprentissage automatique permettant de mieux comprendre les principes de calcul neuronal sous-jacents.
  • Irina Rish (UdeM) s’intéresse principalement à l’apprentissage continu, à l’apprentissage par renforcement et aux modèles de prise de décision chez l’humain et en IA. Actuellement, les membres de son groupe de recherche travaillent à l’amélioration de la stabilité, de la cohérence et de la robustesse des modèles d’IA issus de l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle dans différents domaines. Elle supervise également un projet de recherche sur la modélisation des systèmes dynamiques de données de neuroimagerie, comme l’imagerie calcique. Irina Rish est titulaire de la chaire d’excellence en recherche du Canada en IA autonome.
  • Eilif Muller (UdeM) a récemment lancé le Laboratoire des architectures d’apprentissage biologique (ABL-Lab), qui est axé sur la neuroIA, en particulier sur l’étude du néocortex et de la plasticité. L’objectif est d’élargir la relation symbiotique entre les neurosciences et les théories de l’IA pour résoudre un mystère fondamental au carrefour de ces deux disciplines : comment la perception sensorielle est apprise dans le néocortex. L’ABL-Lab recherche actuellement des étudiants de maîtrise, de doctorat et de post-doc pour travailler sur des projets de neuroIA et effectuer des recherches sur l’apprentissage perceptuel dans le néocortex. Cliquez ici pour plus d’information.
  • Guillaume Lajoie (UdeM) et son groupe de recherche poursuivent des recherches dont les deux axes principaux sont ancrés dans la dynamique des réseaux neuronaux, biologiques et artificiels. Le premier axe est le développement de nouveaux biais inductifs d’inspiration neurologique pour l’IA afin d’améliorer l’apprentissage et de renforcer les systèmes. Le second est le développement d’une théorie et d’outils pour optimiser l’interface cerveau-ordinateur et permettre une interaction directe avec les neurones du cerveau.

Les données massives et la puissance de calcul ont catalysé à la fois les neurosciences et l’IA, comme l’illustrent les récentes publications de Mila. Par exemple, le professeur Danilo Bzdok de McGill et ses collègues, de concert avec Mila, ont utilisé l’apprentissage automatique pour examiner les données d’IRM, les autoévaluations psychologiques et la génétique d’environ 40 000 patients adultes de la biobanque britannique, ce qui a permis de révéler pour la première fois que notre façon de réagir à la solitude et à l’isolement social pourrait se refléter dans une « signature » cérébrale. Par ailleurs, une étude récente de Laura Suárez, doctorante de Mila, et des professeurs Guillaume Lajoie et Blake Richards, ouvre de nouvelles perspectives quant à la construction de réseaux neuronaux artificiels basés sur la macroconnectivité du cerveau et à l’utilisation de ces réseaux pour étudier les relations entre la fonction et la structure, comblant ainsi le fossé entre les neurosciences et l’IA.

Alors que les groupes de recherche et les études en neuroIA sont de plus en plus nombreux, il est clair que le mariage entre la science du cerveau et l’apprentissage automatique contribue à créer un « cycle vertueux » (Hassabis et coll., 2017). Les chercheurs en IA et en neurosciences s’inspirent de plus en plus les uns des autres et échangent des idées afin de faire progresser les objectifs des deux disciplines. C’est pourquoi nous sommes fiers de contribuer à ce dialogue avec le groupe de lecture sur l’IA neuronale.

Organisateurs du groupe de lecture sur l’IA neuronale

Raymond Chua

Mon principal intérêt de recherche est de comprendre comment les représentations, les mémoires épisodiques et divers mécanismes tels que le codage prédictif et la relecture peuvent soutenir l’apprentissage par renforcement efficace (hiérarchique), l’apprentissage continu et la planification. Je travaille principalement sur les problèmes d’apprentissage par renforcement en utilisant les connaissances de la communauté des neurosciences.

J’ai démarré le groupe de lecture sur l’IA neuronale pendant ma première année à Mila. Comme il n’y avait pas de groupe de lecture sur ce sujet à l’époque, j’ai décidé d’en créer un afin de pouvoir rencontrer des personnes ayant les mêmes idées que moi et de m’engager dans la communauté de recherche sur la neuroIA. En organisant ce groupe de lecture, j’ai également eu accès à plusieurs idées et documents clés, ce qui a donné lieu à de nombreuses conversations passionnantes avec des chercheurs des milieux universitaires et industriels.

Maximilian Puelma Touzel

Je travaille avec des spécialistes des systèmes et des neurosciences cognitives sur la prise de décision chez les primates humains et non humains, au carrefour de l’IA et des neurosciences, en mettant l’accent sur la dynamique. Actuellement, je me concentre sur les bases neuronales de la délibération épisodique limitée dans le temps et sur le développement de méthodes permettant de déduire les biais de prise de décision à partir des comportements axés sur les tâches.

Ayant bénéficié de rencontres avec des chercheurs partageant les mêmes idées et ayant été exposé à de nouveaux sujets intéressants, je suis très heureux de participer à l’organisation du groupe de lecture sur l’IA neuronale afin de favoriser la croissance de la communauté de la neuroIA ici à Montréal. Cela me donne également l’occasion de mettre à profit mon expérience en neuroIA en orientant le choix des conférenciers en fonction des thèmes de recherche les plus intéressants pour les deux domaines.

Mandana Samiei

Je suis doctorante de deuxième année et je travaille sur l’apprentissage et la généralisation de la représentation en apprentissage par renforcement. J’ai participé à l’organisation du groupe de lecture sur l’IA neuronale à Mila pendant plus d’un an et cela a été une excellente expérience. La planification et l’organisation d’événements nécessitent une bonne collaboration pour maintenir des attitudes positives, créer un environnement amical propice au partage d’idées et consolider nos connaissances dans le domaine, et j’ai eu la chance de collaborer avec Raymond et Max dans ce groupe de lecture. Le fait d’être impliquée dans la communauté de neuroIA me donne la possibilité de rester engagée dans mon domaine et d’atteindre des objectifs personnels et organisationnels.

En outre, le groupe de lecture est une excellente occasion d’apprendre de chercheurs éminents au carrefour de l’IA et des neurosciences comment développer des idées de recherche et les valider. Grâce au groupe de lecture, j’ai rencontré des personnes merveilleuses avec qui je peux discuter de mes opinions et de mes sujets de recherche. Je suis très heureuse d’être entourée de ces personnes exceptionnelles.

Pour en savoir plus

Pour en savoir plus sur la neuroIA, les élèves de Mila peuvent suivre l’un des cours suivants : 

  1. IFT 6760b – Continual Learning: Towards “Broad” AI (UdeM, Irina Rish)
  2. MAT6215 – Dynamical Systems (UdeM, Guillaume Lajoie)
  3. COMP 596 – Brain-inspired AI (McGill, Blake Richards)
  4. COMP 767 – Reinforcement Learning (McGill, Doina Precup)

Pour plus d’information sur les cours et les horaires, visitez la page Web des cours de Mila

À propos du groupe de lecture sur l’IA neuronale

Quand : Le vendredi, de 15 h à 16 h

Site Web public : https://sites.google.com/view/neural-ai-mtl/home

Google Group : neural-ai-studygroup-montreal@googlegroups.com

Courriel : neuralai.montreal@gmail.com

Slack: #neural-AI

Le groupe de lecture sur l’IA neuronale est à la recherche d’étudiants et de membres de Mila qui souhaitent participer à l’organisation de conférences, de séminaires et d’activités. Contactez-nous à neuralai.montreal@gmail.com si vous souhaitez vous joindre à notre équipe.

Auteur

Raymond Chua

McGill University

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