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Enregistrement W4407762808 · doi:10.1101/2025.02.17.25322388

Collaborative intelligence in AI: Evaluating the performance of a council of AIs on the USMLE

2025· preprint· en· W4407762808 sur OpenAlexaff
Yahya Shaikh, Zainab Asiya, Muzamila Mushtaq Jeelani, Aamir Javaid, Tauhid Mahmud, Shiv Gaglani, Michael Gibbons, Minahil Cheema, Amanda Cross, Denisa Livingston, Elahe Nezami, R. A. Dixon, Ashwini Niranjan‐Azadi, Saad Zafar, Zishan K. Siddiqui

Notice bibliographique

RevuemedRxiv · 2025
Typepreprint
Langueen
DomaineBusiness, Management and Accounting
ThématiqueBig Data and Business Intelligence
Établissements canadiensHealth Care Foundation
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésPsychologyMedical educationComputer scienceMedicine

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Abstract The variability in responses generated by Large Language Models (LLMs) like OpenAI’s GPT-4 poses challenges in ensuring consistent accuracy on medical knowledge assessments, such as the United States Medical Licensing Exam (USMLE). This study introduces a novel multi-agent framework—referred to as a "Council of AIs"—to enhance LLM performance through collaborative decision-making. The Council consists of multiple GPT-4 instances that iteratively discuss and reach consensus on answers facilitated by a designated "Facilitator AI." This methodology was applied to 325 USMLE questions across Step 1, Step 2 Clinical Knowledge (CK), and Step 3 exams. The Council achieved consensus responses that were correct 97%, 93%, and 94% of the time for Step 1, Step 2CK, and Step 3, respectively, outperforming single-instance GPT-4 models. In cases where there wasn’t an initial unanimous response, the Council of AI deliberations achieved a consensus that was the correct answer 83% of the time. For questions that required deliberation, the Council corrected over half (53%) of responses that majority vote had gotten incorrect. At the end of deliberation, the Council often corrected majority responses that were initially incorrect: the odds of a majority voting response changing from incorrect to correct were 5 (95% CI: 1.1, 22.8) times higher than the odds of changing from correct to incorrect after discussion. We additionally characterized the semantic entropy of the response space for each question and found that deliberations impact entropy of the response space and steadily decrease it, consistently reaching an entropy of zero in all instances. This study showed that in a Council model response variability—often viewed as a limitation—could be leveraged as a strength, enabling adaptive reasoning and collaborative refinement of answers. These findings suggest new paradigms for AI implementation and reveal diversity of responses as a strength in collective decision-making even in medical question scenarios where there is a single correct response. Author Summary In our study, we explored how collaboration among multiple artificial intelligence (AI) systems could improve accuracy on medical licensing exams. While individual AI models like GPT-4 often produce varying answers to the same question—a challenge known as "response variability"—we designed a "Council of AIs" to turn this variability into a strength. The Council consists of several AI models working together, discussing their answers through an iterative process until they reach consensus. When tested on 325 medical exam questions, the Council achieved 97%, 93%, and 94% accuracy on the Step 1, Step 2CK, and Step 3, respectively. This improvement was most notable when answers required debate: in cases where initial responses disagreed, the collaborative process corrected errors 83% of the time. Our findings suggest that collective decision-making— even among AIs—can enhance accuracy and AI collaboration can potentially lead to more trustworthy tools for healthcare, where accuracy is critical. By demonstrating that diverse AI perspectives can refine answers, we challenge the notion that consistency alone defines a "good" AI. Instead, embracing variability through teamwork might unlock new possibilities for AI in medicine and beyond. This approach could inspire future systems where AIs and humans collaborate (e.g. on Councils with both humans and AIs), combining strengths to solve complex problems. While technical challenges remain, our work highlights a promising path toward more robust, adaptable AI solutions.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,097
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,291
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Observationnel · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,097
Score d'incertitude au seuil0,511

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0970,291
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,001
Méta-épidémiologie (sens large)0,0020,001
Bibliométrie0,0030,002
Études des sciences et des technologies0,0030,002
Communication savante0,0040,006
Science ouverte0,0040,009
Intégrité de la recherche0,0040,004
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0030,001

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,149
Tête enseignante GPT0,347
Écart entre enseignants0,198 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeObservationnel
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations0
Publié2025
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