Sinir Ağları İnsan Uyku Modellerini Taklit Ederek Daha İyi Öğrenir

Kaliforniya Üniversitesi - San Diego'daki bir araştırma ekibi, yapay sinir ağlarının, felaketle sonuçlanan unutma sorununu azaltmak için insan beyninin uyku düzenlerini nasıl taklit edebileceğini araştırıyor. 

Araştırma yayınlandı PLOS Hesaplamalı Biyoloji. 

Ortalama olarak, insanlar 7 saatte 13 ila 24 saat uykuya ihtiyaç duyar. Uyku vücudu birçok yönden rahatlatırken, beyin yine de çok aktif kalır. 

Uyku Sırasında Aktif Beyin

Maxim Bazhenov, PhD, Kaliforniya Üniversitesi San Diego Tıp Okulu'nda tıp profesörü ve uyku araştırmacısıdır. 

Bazhenov, "Uyuduğumuzda beyin gün içinde öğrendiklerimizi tekrarlamakla çok meşgul" diyor. "Uyku, anıların yeniden düzenlenmesine yardımcı olur ve onları en verimli şekilde sunar."

Bazhenov ve ekibi, uykunun nesneler, insanlar veya olaylar arasındaki keyfi veya dolaylı ilişkileri hatırlama yeteneği olan rasyonel hafızayı nasıl oluşturduğuna dair önceki çalışmaları yayınladı. Aynı zamanda eski anıların unutulmasına karşı da korur. 

Feci Unutuş Sorunu

Yapay sinir ağları, yapay zeka teknolojilerini ve sistemlerini geliştirmek için insan beyninin mimarisinden ilham alır. Bu teknolojiler, hesaplama hızı biçiminde insanüstü performans elde etmeyi başarmış olsa da, önemli bir sınırlamaları var. Sinir ağları sıralı olarak öğrendiğinde, yıkıcı unutma olarak adlandırılan bir olguda yeni bilgiler önceki bilgilerin üzerine yazılır.

Bazhenov, "Buna karşılık, insan beyni sürekli olarak öğrenir ve yeni verileri mevcut bilgilere dahil eder ve genellikle en iyi, yeni eğitim hafızayı güçlendirmek için uyku dönemleriyle iç içe geçtiğinde öğrenir" diyor. 

Ekip, doğal sinir sistemlerini yapay olarak taklit eden sivri uçlu sinir ağları kullandı. Sürekli olarak iletilmek yerine, bilgi belirli zaman noktalarında ayrık olaylar veya ani yükselmeler olarak iletilir.

Sinir Ağlarında Uykuyu Taklit Etmek

Araştırmacılar, dikenli ağların uykuyu taklit eden ara sıra çevrimdışı dönemlerle yeni görevler üzerinde eğitildiğinde, feci unutma sorununun azaldığını keşfettiler. Araştırmacılar, insan beynine benzer şekilde, "uyku"nun ağların eski eğitim verilerini açıkça kullanmadan eski anıları yeniden oynatmasını sağladığını söylüyor. 

Bazhenov, "Yeni bilgiler öğrendiğimizde, nöronlar belirli bir sırayla ateşlenir ve bu, aralarındaki sinapsları artırır" diyor. "Uyku sırasında, uyanıkken öğrenilen ani hareketler kendiliğinden tekrarlanır. Buna yeniden etkinleştirme veya yeniden oynatma denir. 

"Sinaptik plastisite, değiştirilme veya kalıplanma kapasitesi, uyku sırasında hala yerindedir ve hafızayı temsil eden sinaptik ağırlık kalıplarını daha da geliştirebilir, unutmayı önlemeye veya bilginin eskiden yeni görevlere aktarılmasını sağlamaya yardımcı olabilir." 

Ekip, bu yaklaşımı yapay sinir ağlarına uygulayarak, ağların feci unutmalardan kaçınmasına yardımcı olduğunu buldu. 

Bazhenov, "Bu, bu ağların insanlar veya hayvanlar gibi sürekli olarak öğrenebileceği anlamına geliyordu" diye devam ediyor. "İnsan beyninin uyku sırasında bilgiyi nasıl işlediğini anlamak, insan deneklerde hafızayı güçlendirmeye yardımcı olabilir. Uyku ritimlerini artırmak daha iyi belleğe yol açabilir. 

"Diğer projelerde, uyku ritmini iyileştiren ve öğrenmeyi iyileştiren işitsel tonlar gibi uyarıları uyku sırasında uygulamaya yönelik en uygun stratejileri geliştirmek için bilgisayar modellerini kullanıyoruz. Bu, hafızanın optimal olmadığı durumlarda, örneğin yaşlanma sırasında hafızanın azaldığı veya Alzheimer hastalığı gibi bazı durumlarda özellikle önemli olabilir."