Las Redes Neuronales Aprenden Mejor Al Imitar Los Patrones De Sueño Humanos

Un equipo de investigadores de la Universidad de California – San Diego está explorando cómo las redes neuronales artificiales podrían imitar los patrones de sueño del cerebro humano para mitigar el problema del olvido catastrófico. 

La investigación se publicó en PLOS Computational Biology. 

En promedio, los humanos requieren 7 a 13 horas de sueño por cada 24 horas. Mientras que el sueño relaja el cuerpo de muchas maneras, el cerebro sigue estando muy activo. 

Cerebro Activo Durante El Sueño

Maxim Bazhenov, PhD, es profesor de medicina e investigador del sueño en la Escuela de Medicina de la Universidad de California San Diego. 

“El cerebro está muy ocupado cuando dormimos, repitiendo lo que aprendimos durante el día”, dice Bazhenov. “El sueño ayuda a reorganizar los recuerdos y los presenta de la manera más eficiente”. 

Bazhenov y su equipo han publicado trabajos previos sobre cómo el sueño construye la memoria racional, que es la capacidad de recordar asociaciones arbitrarias o indirectas entre objetos, personas o eventos. También protege contra el olvido de recuerdos antiguos. 

El Problema Del Olvido Catastrófico

Las redes neuronales artificiales se inspiran en la arquitectura del cerebro humano para mejorar las tecnologías y sistemas de inteligencia artificial. Mientras que estas tecnologías han logrado alcanzar un rendimiento sobrehumano en forma de velocidad computacional, tienen una limitación importante. Cuando las redes neuronales aprenden secuencialmente, la nueva información sobrescribe la información anterior en un fenómeno conocido como olvido catastrófico. 

“En contraste, el cerebro humano aprende continuamente e incorpora nuevos datos en el conocimiento existente, y generalmente aprende mejor cuando el nuevo entrenamiento se intercala con períodos de sueño para la consolidación de la memoria”, dice Bazhenov. 

El equipo utilizó redes neuronales de picos que imitan artificialmente los sistemas neuronales naturales. En lugar de comunicarse continuamente, la información se transmite como eventos discretos o picos en ciertos puntos de tiempo. 

Imitando El Sueño En Las Redes Neuronales

Los investigadores descubrieron que cuando las redes de picos se entrenaban en nuevas tareas con períodos fuera de línea ocasionales que imitaban el sueño, se mitigaba el problema del olvido catastrófico. Al igual que el cerebro humano, los investigadores dicen que el “sueño” permite a las redes reproducir recuerdos antiguos sin utilizar explícitamente los datos de entrenamiento antiguos. 

“Cuando aprendemos nueva información, las neuronas se activan en un orden específico y esto aumenta las sinapsis entre ellas”, dice Bazhenov. “Durante el sueño, los patrones de picos aprendidos durante nuestro estado de vigilia se repiten espontáneamente. Se llama reactivación o reproducción. 

“La plasticidad sináptica, la capacidad de ser alterada o moldeada, sigue estando presente durante el sueño y puede mejorar aún más los patrones de peso sináptico que representan la memoria, lo que ayuda a prevenir el olvido o a permitir la transferencia de conocimiento de tareas antiguas a nuevas”. 

El equipo encontró que al aplicar este enfoque a las redes neuronales artificiales, ayudó a las redes a evitar el olvido catastrófico. 

“Significaba que estas redes podían aprender continuamente, como los humanos o los animales”, continúa Bazhenov. “Entender cómo el cerebro humano procesa la información durante el sueño puede ayudar a aumentar la memoria en sujetos humanos. Mejorar los ritmos del sueño puede llevar a una mejor memoria. 

“En otros proyectos, utilizamos modelos informáticos para desarrollar estrategias óptimas para aplicar estimulación durante el sueño, como tonos auditivos, que mejoran los ritmos del sueño y mejoran el aprendizaje. Esto puede ser particularmente importante cuando la memoria no es óptima, como cuando la memoria disminuye con el envejecimiento o en algunas condiciones como la enfermedad de Alzheimer”.