Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1843/BUOS-8CMEFB
Type: Tese de Doutorado
Title: Estudo de uma classe de memórias associativas hierárquicas baseadas em acoplamento de redes neurais artificiais
Authors: Rogerio Martins Gomes
First Advisor: Antonio de Padua Braga
Abstract: A compreensão da cognição humana tem-se revelado extremamente complexa. Apesar dessa complexidade, diversas abordagens têm surgido na área de inteligência artificial, na tentativa de explicar o processo cognitivo, com o objetivo de desenvolver mecanismos de software e hardware que apresentem comportamento inteligente. Uma das abordagens propostas é chamada de cognição incorporada e embebida, que, através de sua base teórico-conceitual sobre o processo cognitivo, tem contribuído, de maneira expressiva, para o desenvolvimento de sistemas inteligentes. Um dos mais importantes aspectos da cognição humana é a memória, por permitir o estabelecimento de correlações de nossas experiências. Além disso, recentemente, o processo de memória tem sido reconhecido como sendo um processo multiníveis ou hierárquico. Uma das teorias que sistematiza esse conceito é a teoria da seleção de grupos neuronais (TNGS). A TNGS fundamenta-se em estudos da área de neurociência que têm revelado, por meio de evidências experimentais, que certas áreas do cérebro (i.e. o córtex cerebral) podem ser descritas como sendo organizadas, funcionalmente, em níveis hierárquicos, em que os níveis funcionais mais elevados coordenariam e correlacionariam conjuntos de funções dos níveis mais baixos. As unidades mais básicas da área cortical são formadas durante a epigênese e são chamadas de grupos neuronais, sendo definidas como um conjunto localizado de neurônios fortemente acoplados, constituindo o que poderíamos chamar primeiro nível de memória. Por outro lado, os níveis mais altos são formados durante a vida, ou durante nossa ontogenia, através de seletivo reforço e enfraquecimento das conexões neurais entre os grupos neuronais. Considerando esse efeito, propusemos que as hierarquias de níveis mais elevados emergissem, através de um mecanismo de aprendizagem, como correlações das memórias de nível mais baixo. Nesse sentido, nosso objetivo é contribuir para a análise, projeto e desenvolvimento das memórias associativas, hierarquicamente acopladas e para o estudo das implicações que tais sistemas têm na construção de sistemas inteligentes sob o paradigma da cognição incorporada e embebida. Assim, inicialmente, um detalhado estudo das redes neurais artificiais foi realizado e o modelo de rede neural artificial GBSB (Generalized Brain-State-in-a-Box) foi escolhido para funcionar como as memórias de primeiro nível do modelo proposto. A dinâmica e síntese das redes individuais foram desenvolvidas e diversas técnicas de acoplamento foram investigadas. Os métodos estudados para construir o segundo nível de memória foram: aprendizado Hebbiano, síntese baseada na estrutura do espaço vetorial e a abordagem de computação evolucionária. Além disso, uma profunda análise da capacidade, armazenamento e performance de recuperação, considerando redes individuais, assim como o sistema global, foi desenvolvida.
Abstract: Understanding human cognition has proved to be extremely complex. Despite this complexity many approaches have emerged in the artificial intelligence area in an attempt to explain the cognitive process aiming to develop mechanisms of software and hardware that could present intelligent behaviour. One of the proposed approaches is named embodied embedded cognition which through its theoretical-conceptual basis on the cognitive process has contributed, in an expressive way, to the development of intelligent systems. One of the most important aspects of human cognition is the memory, for it enables us to make correlations of our life experiences. Moreover, more recently, the memory process has been acknowledged as being a multi-level or hierarchical process. One of the theories that concerns this concept is the theory of neuronal group selection (TNGS). The TNGS is based on studies on neuroscience, which have revealed by means of experimental evidences that certain areas of the brain (i.e. the cerebral cortex) can be described as being organised functionally in hierarchical levels, where higher functional levels coordinate and correlate sets of functions in the lower levels. The most basic units in the cortical area of the brain are formed during epigenesis and are called neuronal groups, defined as a set of localised tightly coupled neurons constituting what we call our first-level blocks of memories. On the other hand, the higher levels are formed during our lives, or ontogeny, through selective strengthening or weakening of the neural connections amongst the neuronal groups. To account for this effect, we propose that the higher level hierarchies emerge from a learning mechanism as correlations of lower level memories. In this sense our objective is to contribute to the analysis, design and development of the hierarchically coupled associative memories and to study the implications that such systems have in the construction of intelligent systems in the embodied embedded cognition paradigm. Thus, initially a detailed study of the neurodynamical artificial network was performed and the GBSB (Generalized-Brain-State-in-a-Box) neural network model was chosen to function as the first-level memories of the proposed model. The dynamics and synthesis of the single network were developed and several techniques of coupling were investigated. The methods studied to built the second-level memories were: the Hebbian learning, along with it a synthesis based on vector space structure as well as the evolutionary computation approach was employed. As a further development, a more in depth analysis of the storage capacity and retrieval performance considering single networks and the whole system was carried out.
Subject: Engenharia elétrica
language: Português
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/BUOS-8CMEFB
Issue Date: 7-May-2007
Appears in Collections:Teses de Doutorado

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
rog_rio_martins_gomes.pdf4.07 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.