Математичний «фільтр» для ШІ. Нова розробка вчених допомагає розкрити таємниці ДНК

Інженери з Університету Пенсильванії здійснили прорив, який може змінити підхід до вивчення найскладніших процесів природи — від прогнозування погоди до лікування генетичних хвороб.

Вони створили метод під назвою «шари молліфікаторів» (Mollifier Layers), який дозволяє штучному інтелекту вирішувати зворотні математичні задачі значно точніше та з меншими витратами енергії.

Суть проблеми, над якою білися вчені, можна пояснити на прикладі ставка. «Вирішити зворотну задачу — це як дивитися на кола на воді й намагатися зрозуміти, куди саме впав камінець», — пояснює професор Вівек Шеной. Ми бачимо результат, але не знаємо прихованої причини. Саме такі «рівняння навпаки» лежать в основі вивчення того, як змінюються наші клітини або як поводяться нові матеріали.

Традиційно індустрія штучного інтелекту робить ставку на масштабування: гігантські серверні ферми, нескінченні обсяги пам’яті та колосальне споживання електрики. Проте фундаментальна наука доводить, що «груба сила» обчислень має свою межу. Іноді для прориву потрібен не потужніший залізо, а витонченіша математична логіка.

Яскравий приклад — дослідження мікросвіту всередині клітини. Коли нейромережі намагаються проаналізувати рух ДНК, вони буквально тонуть у надмірному інформаційному «шумі». Звичайні алгоритми мають властивість накопичувати помилки в процесі розрахунків. Це нагадує спробу розгледіти деталі на дуже зернистому фото: що сильніше ви наближаєте зображення, то сильніше воно розмивається, залишаючи замість відповідей лише незрозумілі плями.

Рішення знайшли в роботах математика Курта Отто Фрідріхса середини минулого століття. Вчені адаптували його інструменти — «молліфікатори», — щоб створити спеціальний шар у нейромережі. Він працює як інтелектуальний фільтр, який згладжує дані ще до того, як система почне їх аналізувати.

Це дозволило ШІ не просто «вгадувати» результати, а стабільно працювати з найскладнішими рівняннями, споживаючи при цьому в рази менше ресурсів.

Перше практичне застосування методу вже дає результати у вивченні хроматину (щільно упакованої ДНК). Вчені знають, що саме те, як згорнута наша ДНК, визначає, які гени будуть активними, а які — «вимкненими». Це впливає на старіння, розвиток хвороб та боротьбу з раком.

Завдяки новій розробці науковці зможуть відстежити, як змінюються хімічні реакції в клітинах з часом. Якщо ми зрозуміємо ці правила, то зможемо «перепрограмувати» клітини, повертаючи їх зі стану хвороби до здоров’я.

«Наша мета — перейти від простого спостереження за складними патернами до кількісного розкриття правил, які їх створюють», — резюмує Шеной.