Jaringan Saraf Belajar Lebih Baik dengan Meniru Pola Tidur Manusia

Sebuah tim peneliti di University of California – San Diego sedang menjelajahi bagaimana jaringan saraf buatan dapat meniru pola tidur otak manusia untuk mengatasi masalah lupa kritis. 

Penelitian ini diterbitkan di PLOS Computational Biology. 

Rata-rata, manusia memerlukan 7 hingga 13 jam tidur per 24 jam. Sementara tidur merilekskan tubuh dalam banyak cara, otak masih tetap sangat aktif. 

Otak Aktif Selama Tidur

Maxim Bazhenov, PhD, adalah profesor kedokteran dan peneliti tidur di University of California San Diego School of Medicine. 

“Otak sangat sibuk ketika kita tidur, mengulangi apa yang kita pelajari selama hari,” kata Bazhenov. “Tidur membantu mengatur kembali memori dan menyajikannya dengan cara yang paling efisien.”

Bazhenov dan timnya telah menerbitkan karya sebelumnya tentang bagaimana tidur membangun memori rasional, yang merupakan kemampuan untuk mengingat asosiasi arbitrer atau tidak langsung antara objek, orang, atau peristiwa. Ini juga melindungi terhadap lupa memori lama. 

Masalah Lupa Kritis

Jaringan saraf buatan mengambil inspirasi dari arsitektur otak manusia untuk meningkatkan teknologi dan sistem kecerdasan buatan. Sementara teknologi ini telah berhasil mencapai kinerja superhuman dalam bentuk kecepatan komputasi, mereka memiliki satu keterbatasan besar. Ketika jaringan saraf belajar secara berurutan, informasi baru menimpa informasi sebelumnya dalam fenomena yang disebut lupa kritis.

“Sebaliknya, otak manusia belajar terus-menerus dan mengintegrasikan data baru ke dalam pengetahuan yang ada, dan biasanya belajar paling baik ketika pelatihan baru diintegrasikan dengan periode tidur untuk konsolidasi memori,” kata Bazhenov. 

Tim menggunakan jaringan saraf yang meletus yang secara artifisial meniru sistem saraf alami. Informasi tidak disampaikan secara terus-menerus, tetapi disampaikan sebagai peristiwa diskrit, atau letusan, pada titik waktu tertentu.

Meniru Tidur di Jaringan Saraf

Peneliti menemukan bahwa ketika jaringan saraf yang meletus dilatih pada tugas baru dengan periode offline yang sesekali meniru tidur, masalah lupa kritis dapat diatasi. Sama seperti otak manusia, peneliti mengatakan “tidur” memungkinkan jaringan untuk memutar kembali memori lama tanpa menggunakan data pelatihan lama secara eksplisit. 

“Ketika kita belajar informasi baru, neuron meletus dalam urutan tertentu dan ini meningkatkan sinapsis antara mereka,” kata Bazhenov. “Selama tidur, pola meletus yang dipelajari selama kita terjaga diulangi secara spontan. Ini disebut reaktivasi atau pemutaran kembali. 

“Plastisitas sinaptik, kemampuan untuk diubah atau dibentuk, masih ada selama tidur dan dapat lebih meningkatkan pola bobot sinaptik yang mewakili memori, membantu mencegah lupa atau memungkinkan transfer pengetahuan dari tugas lama ke tugas baru.” 

Tim menemukan bahwa dengan menerapkan pendekatan ini pada jaringan saraf buatan, membantu jaringan menghindari lupa kritis. 

“Ini berarti bahwa jaringan ini dapat belajar terus-menerus, seperti manusia atau hewan,” lanjut Bazhenov. “Memahami bagaimana otak manusia memproses informasi selama tidur dapat membantu meningkatkan memori pada subjek manusia. Meningkatkan irama tidur dapat menyebabkan memori yang lebih baik. 

“Dalam proyek lain, kami menggunakan model komputer untuk mengembangkan strategi optimal untuk menerapkan stimulasi selama tidur, seperti nada auditori, yang meningkatkan irama tidur dan memperbaiki pembelajaran. Ini mungkin sangat penting ketika memori tidak optimal, seperti ketika memori menurun pada usia lanjut atau dalam kondisi seperti penyakit Alzheimer.”