Антология машинного обучения. Важнейшие исследования в области ИИ за последние 60 лет

В конечном счете наша заявка была одобрена, и, как я и предполагал, ежегодные 300-страничные отчеты были просто зубодробительными. В наш Центр временно́й динамики обучения (Temporal Dynamics of Learning Center; TDLC) входило более сотни исследователей из 18 организаций со всего мира. Из шести научно-образовательных центров, финансируемых ННФ, наш был наиболее ориентированным на нейробиологию и проектирование, и мы включили последние достижения в области машинного обучения в наши проекты (рис. 12.7)[320]. TDLC спонсировала проекты Rubi и CERT. У нас также была мобильная лаборатория ЭЭГ, где испытуемые могли свободно перемещаться в виртуальной среде, записывая свои мозговые волны. В большинстве лабораторий при записи ЭЭГ требуется не двигаться и не моргать, чтобы избежать помех. Мы использовали независимый компонентный анализ, чтобы убрать помехи, вызванные движением. Это позволило нам наблюдать за активностью мозга, в то время как участники эксперимента активно изучали окружающую среду и взаимодействовали с другими людьми.

Вот лишь немногие из проектов TDLC:

• Один из важнейших этапов развития мозга — созревание всех звеньев слуховой системы, которые помогают мозгу различать звуки, особенно звуки речи, что позволят ребенку понимать произнесенные слова. Эйприл Бенасич из Центра молекулярной и поведенческой нейробиологии в Ратгерском университете разработала тест, который может предсказать, будут ли у ребенка трудности с освоением языка и обучением, на основе времени слухового восприятия. Для детей из группы риска она выявила, что поведенческое вмешательство — тренировки со звуками разной длительности и тональности и вознаграждением за обратную связь — в состоянии исправить этот дефицит, и ребенок сможет развить нормальный слух и обучаться. В экспериментах участвовали дети от трех месяцев до пяти лет. Интерактивная среда полезна и для нормально развивающихся детей. В 2006 году Эйприл Бенасич основала компанию AAB Research LLC с целью вывести на рынок технологию быстрой обработки слуховой информации (rapid auditory processing technology; RAPT), чтобы улучшить способность детей к обучению.

• Учителям нужна обратная связь, чтобы понять, трудно ли ребенку усваивать урок. Если ученик выглядит сбитым с толку, то, скорее всего, он что-то не понимает. Марни Стюарт-Бартлетт и Хавьер Мовеллан использовали машинное обучение для регистрации выражений на лицах учеников[321], чтобы предупреждать учителя, что кто-то выглядит растерянным. Сегодня это можно сделать автоматически и безошибочно, одновременно применяя глубокое обучение для каждого ребенка в классе. Есть много других приложений для анализа мимики в маркетинге, психиатрии и судебной медицине, которые еще не используются.

• Уже более века нам известно, что метод интервального повторения эффективнее для долгосрочного запоминания, чем зубрежка, но почти все исследования длились недолго, всего несколько месяцев, и в основном с участием студентов колледжей. Хэл Пашлер из Калифорнийского университета в Сан-Диего и Майк Мозер из Колорадского университета в Боулдере провели многолетнее исследование на школьниках всех возрастов, чтобы выяснить, работает ли этот метод в других временных масштабах и для учеников младших классов. Они показали, что оптимальный интервал для повторения тем больше, чем дольше период, на который вы хотите сохранить в голове информацию. Составленное ими расписание для студентов языковых курсов показало отличные результаты.

• Учителя часто используют наиболее подходящий способ обучения для конкретного ученика — визуальный, аудиальный (озвучивание) или тактильный. Крупная индустрия обеспечивает учителей тестами и рекомендациями, основанными на этих методах. Но нет никаких научных доказательств, что применение предпочтительного для ученика стиля дает преимущества. Это вдохновило Бет Роговски, постдокторанта из TDLC, и Паулу Таллал из Ратгерского университета провести исследование, показавшее, что нет статистически заметной разницы между использованием вербальных или письменных материалов в обучении и нет связи между предпочитаемым и используемым методом обучения ни сразу, ни в дальней перспективе[322]. А значит, нет никакого смысла подбирать более удобный для ученика стиль преподавания и индустрия, которая продвигает материалы для определения такого стиля, не приносит особой пользы.

• Национальный научный фонд заинтересован в результатах и долговременном развитии. Паула Таллал сыграла важную роль в учреждении в 2014 году фондом X-Prize премии Global Learning XPRIZE в размере 15 миллионов долларов за новаторские решения в образовании. Цель проекта — разработка масштабируемого программного обеспечения с открытым исходным кодом, которое позволит детям в развивающихся странах овладеть базовыми навыками чтения, письма и арифметики за 18 месяцев. Технологические решения и проекты, основанные на исследованиях, проведенных в области образования для X-Prize, в ближайшие десятилетия повлияют на все страны мира.