Экология и искусственный интеллект: Сила в единстве
Современные системы искусственного интеллекта (ИИ) часто создаются по подобию человеческого мозга. В статье, опубликованной в Proceedings of the National Academy of Sciences, исследователи предлагают черпать вдохновение из другой области биологии — экологии — для создания нового поколения ИИ, которое будет более мощным, устойчивым и социально ответственным.
Авторы утверждают, что синергия между ИИ и экологией может усилить ИИ и помочь в решении сложных глобальных проблем, таких как вспышки болезней, утрата биоразнообразия и последствия изменения климата.
Идея возникла из наблюдения, что ИИ может быть шокирующе хорош в одних задачах, но бесполезен в других, и что его развитие наталкивается на барьеры, которые экологические принципы могли бы помочь преодолеть.
Как ИИ может помочь экологии
Экологи уже используют искусственный интеллект для поиска закономерностей в больших наборах данных и для более точных прогнозов. Однако возможности применения ИИ в экологии гораздо шире, например, для синтеза больших данных и поиска недостающих связей в сложных системах.
Проблема традиционных подходов в том, что они часто анализируют влияние только двух переменных одновременно. Но прогнозирование, например, передачи болезни зависит от множества взаимодействующих переменных, не все из которых известны или легко измеримы (например, социально-культурные факторы).
«По сравнению с другими статистическими моделями, ИИ может обрабатывать большие объемы и разнообразие источников данных, что может помочь нам обнаружить новые взаимодействия и движущие силы», — поясняет соавтор Шэннон ЛаДо, эколог по заболеваниям из Института экосистемных исследований Кэри. Это может порождать новые гипотезы и направления исследований.
Как экология может улучшить ИИ
Системы ИИ печально известны своей хрупкостью. Невероятная устойчивость (resilience) экологических систем могла бы вдохновить на создание более надежных и адаптируемых архитектур ИИ.
Экологические знания могли бы помочь решить проблему «коллапса режима» (mode collapse) в искусственных нейронных сетях, когда обучение новой задаче заставляет сеть забывать предыдущие.
Более устойчивый ИИ, вдохновленный экологией, мог бы включать обратные связи, избыточные пути и гибкие frameworks принятия решений. Это также могло бы способствовать развитию более «общего интеллекта» у ИИ.
Экология также может помочь понять, почему большие языковые модели (LLM), лежащие в основе чат-ботов вроде ChatGPT, демонстрируют эмерджентные свойства (emergent behaviors), такие как «галлюцинации» (hallucinations) — генерация ложной информации. Экология, изучающая сложные системы целостно, хороша в выявлении таких свойств.
На пути к коэволюции
Более тесное и осознанное сотрудничество между полями может привести к непредсказуемым прорывам в обеих областях. Пример устойчивости (resilience) показывает потенциальную пользу:
- Для экологии: достижения ИИ в измерении и моделировании природной устойчивости помогут готовиться к изменению климата.
- Для ИИ: понимание экологической устойчивости вдохновит на создание более устойчивых систем ИИ, которые, в свою очередь, станут лучше моделировать экологическую устойчивость.
Близкое сотрудничество также может повысить социальную ответственность в обеих сферах. ИИ мог бы помочь объединить различные способы познания мира, включая знания коренных народов, что улучшит понимание социально-экологических систем, деколонизирует экологию и скорректирует смещения (biases) в системах ИИ.
«Когда в данных есть пробелы, исключающие женщин старше 60 лет, цветных людей или традиционные знания, мы создаем модели со “слепыми зонами”, которые могут увековечивать несправедливость», — отмечает соавтор Кэтлин Уэзерс.
Для достижения конвергенции необходимо наводить мосты между этими двумя изолированными дисциплинами, которые используют разную терминологию и научную культуру. Инвестиции в совместную эволюцию экологии и ИИ могут привести к трансформационным решениям.
«Последствия успешной конвергенции выходят за рамки продвижения экологических дисциплин или достижения искусственного общего интеллекта — они критически важны для того, чтобы выживать и процветать в неопределенном будущем», — заключают авторы.