Fruchtfliegen-Gehirn als Blaupause: Spi-Fly lernt Gerüche in nur drei Versuchen

Elektronische Nasen haben ein Problem: Sie sind teuer, auf einzelne Aufgaben beschnitten und vergessen gelernte Gerüche, sobald neue dazukommen - das gefürchtete “katastrophale Vergessen”. Forscher am Okinawa Institute of Science and Technology (Kevin Max und Yang Shen) haben mit Spi-Fly nun einen Algorithmus vorgestellt, der das Geruchssystem der Fruchtfliege kopiert. Die Arbeit erschien im Journal “Neuromorphic Computing and Engineering”.

Wie die Fliege es macht

• Drosophila sortiert mit rund 140.000 Neuronen Gerüche in Sekundenbruchteilen und behält sie langfristig
• Der Kern ist Sparse Coding: etwa 2.000 Kenyon-Zellen empfangen sparse, zufällig verdrahtete Signale von den Geruchsrezeptoren
• Globale Hemmung durch APL-Neuronen schaltet fast alle Zellen stumm - übrig bleibt ein individueller “Barcode” pro Geruch

Lernen ohne Backpropagation

• Statt aufwendigem Backpropagation reicht eine jahrzehntealte Hebbsche Regel: Aktive Verbindungen zum richtigen Label werden stärker
• Auf Gassensor-Daten erreicht Spi-Fly sein Maximum nach nur drei Expositionen pro Geruch - Backpropagation braucht dafür rund 70
• Kommen neue Gerüche dazu, bleibt die Genauigkeit fast konstant, während Backpropagation auf Rate-Niveau abfällt

Alles läuft noch in Simulation mit voraufgezeichneten Sensordaten. Für Continual Learning und Edge-AI ist der Ansatz trotzdem spannend: minimaler Speicherbedarf, kein Gradientenabstieg, kein Vergessen.

Link: Ars Technica