像人类的大脑,人工神经网络需要休息

Depending年龄,人类需要7至13小时的睡眠每24小时。在这段时间里,发生了很多事情:心率、呼吸和新陈代谢潮起潮落;激素水平调整;身体放松。与其说在大脑中。

“大脑很忙当我们睡眠,白天重复所学,“马克西姆Bazhenov说,医学博士,教授和加州大学圣地亚哥分校睡眠研究员医学院。“睡眠帮助重组记忆并把它们最有效的方式。”

在之前的发布工作,Bazhenov和他的同事们报告了睡眠的构建理性的记忆,记得任意对象之间或间接关联,人或事件,防止遗忘旧的记忆。

人工神经网络利用人类大脑的结构来改善许多技术和系统,从基础科学和医学到金融和社会媒体。在某些方面,他们取得了超人的性能,如计算速度,但他们失败的一个重要方面:当人工神经网络学习顺序,新的信息覆盖先前的信息,这种现象被称为“灾难性的遗忘。

”相比之下,人类的大脑不断学习和新数据加入到现有的知识,“Bazhenov说:“它通常学习新的培训时最好交错时间的睡眠对于记忆的巩固。”

在11月18日,2022年PLOS计算生物学,Bazhenov资深作者和他的同事们讨论生物模型可以帮助减轻灾难性的威胁遗忘在人工神经网络中,提高他们的效用在光谱的研究兴趣。

科学家们使用强化人工神经网络模拟自然神经系统:信息而不是不断沟通,它是传播作为离散事件(峰值)在特定的时间点。

他们发现当箝制网络训练的新任务,但是偶尔的脱机时间模仿睡眠,灾难性的遗忘是减轻。像人类的大脑,该研究的作者说,“睡眠”网络允许他们重播旧的记忆没有显式地使用旧的训练数据。

记忆是在人类大脑的代表模式的突触权重的力量或振幅两个神经元之间的连接。

说:“当我们学习新的信息Bazhenov,“神经元在特定的顺序和它们之间这增加突触。在睡眠期间,箝制模式在我们清醒状态反复自发学习。它叫做活化或回放。

“突触可塑性能力被改变或塑造,仍在睡眠期间,它可以进一步加强突触权重模式代表了记忆,有助于防止遗忘或使转移的知识从旧到新的任务。”

当Bazhenov和他的同事应用人工神经网络方法,他们发现它帮助网络避免灾难性的遗忘。

“这意味着这些网络可以不断学习,像人类或动物。理解人类大脑如何处理信息在人类受试者睡眠有助于增强记忆。增加睡眠节奏会导致更好的记忆力。

“在其他项目中,我们使用计算机模型来开发最优策略应用在睡眠中刺激,如听觉音调,增强睡眠节律和提高学习。这可能是特别重要的,当内存不是最优化的,例如当记忆下降,衰老或在某些情况下像阿尔茨海默病。”

参考:黄金R, Delanois我,散打P Bazhenov m .睡眠防止灾难性的遗忘在飙升神经网络形成一个联合突触权重表示。公共科学图书馆第一版。医学杂志。2022;18 (11):e1010628。doi:10.1371 / journal.pcbi.1010628

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