Kunstlikud närvivõrgud õpivad paremini, kui nad veedavad aega üldse õppimiseta

"Aju on magades väga hõivatud ja kordab päeva jooksul õpitut," ütles California ülikooli San Diego meditsiinikooli meditsiiniprofessor ja uneuurija Maxim Bazhenov. "Uni aitab mälestusi ümber korraldada ja esitleb neid kõige tõhusamal viisil."

Varasemates avaldatud töödes on Bazhenov ja kolleegid teatanud, kuidas uni arendab ratsionaalset mälu, võimet meeles pidada suvalisi või kaudseid seoseid objektide, inimeste või sündmuste vahel ning kaitseb vanade mälestuste unustamise eest.

Tehisnärvivõrgud võimendavad inimaju arhitektuuri, et täiustada paljusid tehnoloogiaid ja süsteeme alates alusteadusest ja meditsiinist kuni rahanduse ja sotsiaalmeediani. Mõnes mõttes on nad saavutanud üliinimliku jõudluse, näiteks arvutuskiiruse, kuid nad ebaõnnestuvad ühes võtmeaspektis: kui tehisnärvivõrgud õpivad järjestikku, kirjutab uus teave varasema teabe üle – nähtust nimetatakse katastroofiliseks unustamiseks.

"Seevastu inimese aju õpib pidevalt ja lisab uusi andmeid olemasolevatesse teadmistesse," ütles Bazhenov, "ja tavaliselt õpib see kõige paremini siis, kui uus treening on mälu tugevdamiseks põimitud uneperioodidega."

Kirjutamine 18. novembri 2022 numbris PLOS arvutusbioloogia, vanemautor Bazhenov ja kolleegid arutavad, kuidas bioloogilised mudelid võivad aidata leevendada katastroofilise unustamise ohtu tehisnärvivõrkudes, suurendades nende kasulikkust paljudes uurimishuvides.

Teadlased kasutasid spiking-närvivõrke, mis kunstlikult jäljendavad looduslikke närvisüsteeme: selle asemel, et teavet pidevalt edastada, edastatakse see teatud ajahetkedel diskreetsete sündmustena (nagudena).

Nad leidsid, et kui hüppevõrke koolitati uue ülesande täitmiseks, kuid aeg-ajalt olid und matkivad off-line perioodid, vähenes katastroofiline unustamine. Nagu inimaju, ütlesid uuringu autorid, võimaldas võrkude "uni" taasesitada vanu mälestusi ilma vanu treeningandmeid selgesõnaliselt kasutamata.

Mälestusi esindavad inimese ajus sünaptilise kaalu mustrid - kahe neuroni vahelise ühenduse tugevus või amplituud.

"Kui me õpime uut teavet," ütles Bazhenov, "söödavad neuronid kindlas järjekorras ja see suurendab nendevahelisi sünapse. Une ajal korratakse spontaanselt meie ärkveloleku ajal õpitud hüppemustreid. Seda nimetatakse taasaktiveerimiseks või taasesitamiseks.

"Sünaptiline plastilisus, muutmise või vormimise võime, on une ajal endiselt paigas ja võib veelgi parandada sünaptilisi kaalumustreid, mis esindavad mälu, aidates vältida unustamist või võimaldada teadmiste ülekandmist vanadest ülesannetest uutele."

Kui Bazhenov ja kolleegid rakendasid seda lähenemist tehisnärvivõrkudele, leidsid nad, et see aitas võrkudel vältida katastroofilist unustamist.

"See tähendas, et need võrgustikud said pidevalt õppida, nagu inimesed või loomad. Mõistmine, kuidas inimese aju une ajal teavet töötleb, võib aidata inimestel mälu suurendada. Unerütmide suurendamine võib kaasa tuua parema mälu.

"Teistes projektides kasutame arvutimudeleid, et töötada välja optimaalsed strateegiad uneaegse stimulatsiooni, näiteks kuulmistoonide rakendamiseks, mis parandavad unerütme ja parandavad õppimist. See võib olla eriti oluline, kui mälu ei ole optimaalne, näiteks kui mälu vananedes väheneb või mõnes seisundis, nagu Alzheimeri tõbi.

Kaasautorite hulka kuuluvad: Ryan Golden ja Jean Erik Delanois, mõlemad UC San Diego; ja Pavel Sanda, Tšehhi Teaduste Akadeemia arvutiteaduse instituut.