Jaringan Saraf Tiruan Belajar Lebih Baik dengan Meniru Pola Tidur Manusia

Tim peneliti di University of California – San Diego sedang menjelajahi bagaimana jaringan saraf tiruan dapat meniru pola tidur otak manusia untuk mengatasi masalah lupa katarsrofis.

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 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 Katasrofis

Jaringan saraf tiruan 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 katarsrofis.

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

Tim menggunakan jaringan saraf berdenyut yang secara artifisial meniru sistem saraf alami. Informasi tidak dikomunikasikan secara terus-menerus, tetapi dikirim sebagai peristiwa diskrit, atau denyut, pada titik waktu tertentu.

Meniru Tidur dalam Jaringan Saraf

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

“Ketika kita belajar informasi baru, neuron berdenyut dalam urutan tertentu dan ini meningkatkan sinapsis antara mereka,” kata Bazhenov. “Selama tidur, pola denyut 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 berat 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 tiruan, dapat membantu jaringan menghindari lupa katarsrofis.

“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 tua atau dalam beberapa kondisi seperti penyakit Alzheimer.”