شبكات عصبية تعلم بشكل أفضل من خلال模仿 أنماط النوم البشري

فريق من الباحثين في جامعة كاليفورنيا – سان دييغو يبحثون في كيفية تعلم الشبكات العصبية الاصطناعية لنمط النوم مثل نمط النوم في الدماغ البشري لتخفيف مشكلة النسيان الكارثي.

نشرت الأبحاث في مجلة البيولوجيا الحاسوبية في PLOS.

في المتوسط، يحتاج البشر إلى 7 إلى 13 ساعة من النوم كل 24 ساعة. بينما يرخي النوم الجسم في nhiều طرق، يبقى الدماغ نشطًا جدًا.

الدماغ النشط أثناء النوم

ماكسيم بازينوف، دكتوراه في الفلسفة، هو أستاذ الطب وأبحاث النوم في مدرسة الطب بجامعة كاليفورنيا سان دييغو.

“الدماغ مشغول جدًا عندما ننام، يتكرر ما تعلمناه خلال النهار،” يقول بازينوف. “النوم يساعد في إعادة تنظيم الذكريات ويقدمها بطريقة أكثر كفاءة.”

نشر بازينوف وفريقه أعمالًا سابقة حول كيفية بناء النوم للذاكرة العقلية، وهي القدرة على تذكر العلاقات العرضية أو غير المباشرة بين الأشياء أو الأشخاص أو الأحداث. كما يحمي ضد نسيان الذكريات القديمة.

مشكلة النسيان الكارثي

تستمد الشبكات العصبية الاصطناعية الإلهام من هيكل الدماغ البشري لتحسين تقنيات الذكاء الاصطناعي والنظم. بينما نجحت هذه التقنيات في تحقيق أداء خارق في شكل سرعة الحوسبة، هناك حدودها الرئيسية. عندما تتعلم الشبكات العصبية بشكل متسلسل، يغمر المعلومات الجديدة المعلومات السابقة في ظاهرة تعرف باسم النسيان الكارثي.

“على العكس من ذلك، يتعلم الدماغ البشري بشكل مستمر ويدمج البيانات الجديدة مع المعرفة الحالية، ويتعلم بشكل أفضل عندما تكون التدريبات الجديدة متشابكة مع فترات النوم لتثبيت الذاكرة،” يقول بازينوف.

استخدم الفريق شبكات عصبية متسلسلة تقلد بشكل اصطناعي الأنظمة العصبية الطبيعية. بدلاً من أن يتم التواصل بشكل مستمر، يتم نقل المعلومات كأحداث منفصلة، أو نبضات، في نقاط زمنية معينة.

مقلادة النوم في الشبكات العصبية

اكتشف الباحثون أن الشبكات المتسلسلة التي تم تدريبها على مهام جديدة مع فترات غير متصلة تشبه النوم، تم تخفيف مشكلة النسيان الكارثي. بشكل مشابه للدماغ البشري، يقول الباحثون إن “النوم” يسمح للشبكات بإعادة لعب الذكريات القديمة دون استخدام البيانات التدريبية القديمة بشكل صريح.

“عندما نتعلم معلومات جديدة، تنفجر الخلايا العصبية في ترتيب معين ويزيد ذلك من التفاعلات بينها،” يقول بازينوف. “أثناء النوم، تتكرر الأنماط النبضية التي تعلمناها أثناء اليقظة بشكل تلقائي. يُطلق عليه إعادة التنشيط أو إعادة اللعب.

“المرنات العصبية، القدرة على التغيير أو التشكيل، لا تزال موجودة أثناء النوم ويمكن أن تعزز أنماط التفاعلات التي تمثل الذاكرة، مما يساعد على منع النسيان أو تمكين نقل المعرفة من المهام القديمة إلى الجديدة.”

وجد الفريق أن تطبيق هذا النهج على الشبكات العصبية الاصطناعية ساعد الشبكات على تجنب النسيان الكارثي.

“أنه يعني أن هذه الشبكات يمكن أن تتعلم بشكل مستمر، مثل البشر أو الحيوانات،” يستمر بازينوف. “فهم كيفية معالجة الدماغ البشري للمعلومات أثناء النوم يمكن أن يساعد في تعزيز الذاكرة في الأشخاص. تعزيز أنماط النوم يمكن أن يؤدي إلى تحسين الذاكرة.

“في مشاريع أخرى، نستخدم نماذج حاسوبية لتطوير استراتيجيات مثالية لتطبيق التحفيز أثناء النوم، مثل الأصوات الصوتية، التي تعزز أنماط النوم وتحسن التعلم. قد يكون هذا مهمًا بشكل خاص عندما تكون الذاكرة غير مثالية، مثل عندما تتراجع الذاكرة مع تقدم العمر أو في بعض الحالات مثل مرض آلزهايمر.”