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Título: Assessment of expertise through neural activation pattern analysis in LLMs
Título(s) alternativo(s): Avaliação de expertise através da análise de padrões de ativação neural em LLMs
Autor(es): Figênio, Mateus Raganhan
Orientador(es): Gomes Junior, Luiz Celso
Palavras-chave: Processamento de linguagem natural (Computação)
Inteligência artificial
Redes neurais (Computação)
Linguagens de modelagem (Ciência da computação)
Natural language processing (Computer science)
Artificial intelligence
Neural networks (Computer science)
Modeling languages (Computer science)
Data do documento: 25-Jun-2025
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Citação: FIGÊNIO, Mateus Raganhan. Assessment of expertise through neural activation pattern analysis in LLMs. 2025. Dissertação (Mestrado em Computação Aplicada) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2025.
Resumo: Os benchmarks de desempenho nas tarefas de Processamento de Linguagem Natural (PLN) foram tomados pelos Grandes Modelos de Linguagem (LLMs), com suas capacidades superando as abordagens anteriores de modelagem de linguagem. Apesar do sucesso nessas tarefas e do uso mais difundido desses modelos em muitos campos de aplicação, ainda falta compreensão de como esses modelos chegam aos seus resultados. A pesquisa utiliza a biblioteca LLM-MRI para gerar Gráficos de Ativação de Região Neuronal (NRAGs) para representar os padrões de ativação nas camadas neurais de um LLM e analisá-los por meio de métricas de rede complexas e uma nova métrica de “centro de massa” desenvolvida por este trabalho. Nossos resultados mostram que textos que demonstram diferentes níveis de expertise geraram padrões de ativação mensuravelmente distintos em LLMs, especialmente com maior variância na força dos nós. A métrica de “centro de massa” proposta, mostrou-se útil para localizar as camadas que contêm a expertise mais relevante para o texto processado. Esta pesquisa contribui para o campo da Inteligência Artificial Explicável (ExAI), oferecendo novas perspectivas e ferramentas para compreender o funcionamento interno dos LLMs e aprimorar sua interpretabilidade e confiabilidade.
Abstract: The performance benchmarks of Natural Language Processing (NLP) tasks have been overwhelmed by Large Language Models (LLMs), with their capabilities outshining many previous approaches to language modeling. Despite the success in these tasks and the more widespread use of these models in many fields of application, the understanding of how these models reach the outputs they achieve is lacking. The objective of this research is to study attributes of activation patterns of the neuron layers of these models that are related to how these models capture the underlying expertise in human written text. The research uses the LLM-MRI library to generate Neuron Region Activation Graphs (NRAGs) to represent the activation patterns across an LLM’s neural layers, and analyses them through various complex network metrics and a newly developed “center of mass” metric. Our results show that texts demonstrating different levels of expertise will generate measurably distinct activation patterns in LLMs, especially with greater variance of node strength. The proposed “center of mass” metric proved to be useful for locating the layers containing the most relevant expertise for the processed text. This research contributes to the field of Explainable Artificial Intelligence (ExAI) by offering new perspectives and tools to understand the internal workings of LLMs and improve their interpretability and reliability.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/38388
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