Taugakerfi læra betur með því að líkja eftir svefnmynstri manna

Hópur vísindamanna við háskólann í Kaliforníu í San Diego er að kanna hvernig gervi taugakerfi gætu líkt eftir svefnmynstri mannsheilans til að draga úr vandamálinu við skelfilega gleymsku. 

Rannsóknin var birt árið PLOS Computational Biology. 

Að meðaltali þurfa menn 7 til 13 klukkustunda svefn á 24 klukkustundum. Þó svefn slakar á líkamann á margan hátt, heldur heilinn enn mjög virkan. 

Virkur heili í svefni

Maxim Bazhenov, PhD, er prófessor í læknisfræði og svefnrannsóknarmaður við University of California San Diego School of Medicine. 

„Heilinn er mjög upptekinn þegar við sofum og endurtekur það sem við lærðum á daginn,“ segir Bazhenov. „Svefn hjálpar til við að endurskipuleggja minningar og birtir þær á sem hagkvæmastan hátt.

Bazhenov og teymi hans hafa birt fyrri verk um hvernig svefn byggir upp skynsamlegt minni, sem er hæfileikinn til að muna handahófskennd eða óbein tengsl milli hluta, fólks eða atburða. Það verndar líka gegn því að gleyma gömlum minningum. 

Vandamálið við skelfilega gleymsku

Gervi tauganet sækja innblástur frá byggingarlist mannsheilans til að bæta gervigreind tækni og kerfi. Þó að þessari tækni hafi tekist að ná ofurmannlegum frammistöðu í formi reiknihraða, þá hefur hún eina stóra takmörkun. Þegar taugakerfi læra í röð, skrifa nýjar upplýsingar yfir fyrri upplýsingar í fyrirbæri sem nefnt er skelfileg gleymska.

„Aftur á móti lærir mannsheilinn stöðugt og fellur ný gögn inn í núverandi þekkingu og hann lærir venjulega best þegar ný þjálfun er fléttuð saman við svefntímabil til að styrkja minni,“ segir Bazhenov. 

Teymið notaði topptauganet sem líkja tilbúnar eftir náttúrulegum taugakerfum. Frekar en að vera miðlað stöðugt, eru upplýsingar sendar sem stakir atburðir, eða toppar, á ákveðnum tímapunktum.

Líkja eftir svefni í taugakerfum

Rannsakendur komust að því að þegar toppnet voru þjálfuð í nýjum verkefnum með einstaka tímabilum utan nets sem líkja eftir svefni, var vandamálið með skelfilegri gleymsku mildað. Svipað og í mannsheilanum segja vísindamennirnir að „svefn“ geri netkerfum kleift að spila gamlar minningar án þess að nota beinlínis gömul þjálfunargögn. 

„Þegar við lærum nýjar upplýsingar skjóta taugafrumur í ákveðinni röð og þetta eykur taugamót á milli þeirra,“ segir Bazhenov. „Á meðan á svefni stendur endurtekur sig spikmynstrið sem við lærum í vökuástandi af sjálfu sér. Það er kallað endurvirkjun eða endurspilun. 

„Synaptic plasticity, getu til að breyta eða móta, er enn til staðar í svefni og það getur enn frekar aukið synaptic þyngdarmynstur sem táknar minnið, hjálpað til við að koma í veg fyrir að gleyma eða gera kleift að flytja þekkingu frá gömlum til nýrra verkefna. 

Teymið komst að því að með því að beita þessari nálgun á gervi taugakerfi, hjálpaði það netunum að forðast skelfilega gleymsku. 

„Það þýddi að þessi net gætu lært stöðugt, eins og menn eða dýr,“ heldur Bazhenov áfram. „Að skilja hvernig mannsheilinn vinnur úr upplýsingum í svefni getur hjálpað til við að auka minni hjá einstaklingum. Aukinn svefntakti getur leitt til betra minnis. 

„Í öðrum verkefnum notum við tölvulíkön til að þróa bestu aðferðir til að beita örvun í svefni, svo sem heyrnartóna, sem auka svefntakta og bæta nám. Þetta getur verið sérstaklega mikilvægt þegar minnið er ekki ákjósanlegt, eins og þegar minnið minnkar við öldrun eða við sumar aðstæður eins og Alzheimerssjúkdóm.“