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Ah! Le reti neurali delle Lavatrici! Adesso lo capisco!

Posted by dalloliogm su giugno 7, 2007

Le reti neurali sono una tecnica di intelligenza artificiale che si rifà vagamente alla struttura del sistema nervoso umano, e che hanno numerose applicazioni in bioinformatica, statistica, ingegneria e in molte scienze.

Il bello delle reti neurali é che sono state veramente pensate come una piccola riproduzione del modo in cui il cervello umano funziona per classificare gli oggetti che si trova davanti: per esempio, possono essere utilizzate per classificare una proteina appena sequenziata in base alla sua somiglianza con le proteine gia’ conosciute e classificate.


(ho avuto una piccola illuminazione sull’intelligenza artificiale e l’origine delle prime lavatrici).

 

La teoria dietro le reti neurali é piuttosto ingegnosa, e come dei veri e propri cervelli in miniatura sono composte da tre parti[1]:

  • uno strato nel quale ricevono gli input dall’esterno (per esempio, una proteina appena sequenziata);

  • uno strato interno nel quale i dati provenienti dall’esterno vengono elaborati; i parametri delle operazioni con cui questi dati sono elaborati, non vengono inseriti manualmente dal programmatore, ma calcolati dalla rete neurale stessa, e qui sta la parte di intelligenza artificiale.
    I parametri vengono calcolati in una fase della costruzione della rete neurale, chiamata fase di addestramento, nella quale il sistema elabora dei dati già classificati e cerca di comprendere quali sono le caratteristiche chiavi di ogni classificazione.
    Per esempio, una rete neurale potrebbe leggersi un intero database di classificazioni di proteine già esistente, e calcolarsi i parametri interni che le permettano di classificare altre proteine sconosciute in futuro.

  • uno stato di output, nel quale i risultati dell’elaborazione interna vengono mostrati.

Le reti neurali sono molto interessanti, ma quando ho iniziato a studiarle mi sono trovato davanti ad una frase che mi ha sempre lasciato confuso:

 

  • La maggior parte della teoria dietro alle reti neurali é stata sviluppata in Giappone 30 o 40 anni fa, per lo sviluppo e miglioramento delle lavatrici.

Ecco questa affermazione mi é rimasta a lungo oscura… che significa che le lavatrici usano le reti neurali?
In fondo devono solo far girare la roba nei cestelli… che bisogno c’é di essere intelligenti per fare questo?🙂
E invece l’altro giorno mentre passavo in cucina mi é arrivata l’illuminazione: l’intelligenza artificiale non é nelle lavatrici, ma nel programma utilizzato per costruirle!

 

Avete presente i vari programmi che servono per differenziare i vari bucati? Il 4 per i colori misti, il 10 per il bianco resistente, etc?
Vi siete mai chiesti come siano stati calcolati?
Ecco é lì che sono state utilizzate le reti neurali.

 

I ricercatori hanno provato ad effettuare tanti lavaggi, inizialmente con dei programmi che andavano a caso (senza sapere quando fermare il cestello, quando fare uscire l’acqua, o quando riscaldare), e le reti neurali li hanno aiutati a trovare l’ordine e la composizione giusta per ogni tipo di bucato.

 

E in fondo anche noi bioinformatici siamo come loro… così come non esiste una equazione che permetta di prevedere con esattezza l’efficacia di un programma per lavare il bucato, allo stesso modo esistono problemi in biologia che non é facile risolvere – per esempio, come calcolare la struttura terziaria di una proteina o calcolare l’effetto del cambiamento di un metabolita in un network di interazioni.

 

Spero che queste parole non vi abbiano spaventati troppo nei confronti delle vostre lavatrici.🙂

3 Risposte to “Ah! Le reti neurali delle Lavatrici! Adesso lo capisco!”

  1. fuliggians said

    Le mitiche reti neurali! Per un periodo ho cercato pure di implementarne una versione dotate di feedback. Ovvero che si avvicinassero ancora più al comportamento di apprendimento dei neuroni, dotando gli algoritmi anche della possibilità di imparare non andando in una sola direzione (come succede normalmente nelle RN classiche), ma potendo fare il processo di trainig bidirezionale. (Per i più curiosi vi dirò che i risultati non erano poi così buoni :-()
    Comunque, le RN rimangono uno dei miei tool preferiti (e infatti tra le relazioni che sul mio blog metto a disposizione c’è proprio quello sulle reti neurali di data mining). Io le uso fondamentalmente quando non so quale sia la causa specifica di un determinato comportamento di un complesso di proteine. Da una parte ho dei parametri di input che sono i dati grezzi (per esempio la frequenza con cui si presentano gli aminoacidi nei peptidi), dall’altra dati output generati da un algoritmo e che esprimono uno stato proteico (per esempio il livello di espressione di una proteina ricavato dalla quantizzazione via spettrometria). In mezzo un sacco di parametri di cui non so l’importanza. Ecco allora che mi salvano le RN!

  2. stepedro83 said

    La nostra professoressa ha citato anche il Furby (si il pupazzetto giocattolo) tra le prime applicazioni delle reti neurali.

  3. dalloliogm said

    eheh grazie mille per la segnalazione! Adesso mi impazziro’ a capire come funziona il Furby…🙂

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