בהתאם לגיל, בני אדם זקוקים ל-7 עד 13 שעות שינה בכל 24 שעות. במהלך הזמן הזה, הרבה קורה: קצב הלב, הנשימה וחילוף החומרים מתגברים; רמות ההורמונים מתאימות; הגוף נרגע. לא כל כך במוח.
"המוח עסוק מאוד כשאנחנו ישנים, חוזר על מה שלמדנו במהלך היום", אמר מקסים בז'נוב, דוקטורט, פרופסור לרפואה וחוקר שינה בבית הספר לרפואה של אוניברסיטת קליפורניה בסן דייגו. "שינה עוזרת לארגן מחדש זיכרונות ומציגה אותם בצורה היעילה ביותר."
בעבודה קודמת שפורסמה, בז'נוב ועמיתיו דיווחו כיצד שינה בונה זיכרון רציונלי, את היכולת לזכור אסוציאציות שרירותיות או עקיפות בין חפצים, אנשים או אירועים, ומגינה מפני שכחת זיכרונות ישנים.
רשתות עצבים מלאכותיות ממנפות את הארכיטקטורה של המוח האנושי כדי לשפר טכנולוגיות ומערכות רבות, ממדע ורפואה בסיסיים ועד פיננסים ומדיה חברתית. במובנים מסוימים, הם השיגו ביצועים על-אנושיים, כמו מהירות חישובית, אך הם נכשלים בהיבט מרכזי אחד: כאשר רשתות עצבים מלאכותיות לומדים ברצף, מידע חדש מחליף מידע קודם, תופעה הנקראת שכחה קטסטרופלית.
"לעומת זאת, המוח האנושי לומד ברציפות ומשלב נתונים חדשים בידע הקיים", אמר בז'נוב, "והוא בדרך כלל לומד בצורה הטובה ביותר כאשר אימון חדש משתלב בתקופות שינה לגיבוש הזיכרון".
כתיבה בגיליון 18 בנובמבר 2022 של PLOS ביולוגיה חישובית, הסופר הבכיר בז'נוב ועמיתיו דנים כיצד מודלים ביולוגיים עשויים לסייע בהפחתת האיום של שכחה קטסטרופלית ברשתות עצביות מלאכותיות, ולהגביר את התועלת שלהם על פני קשת של תחומי עניין מחקריים.
המדענים השתמשו ברשתות עצביות מדליקות המחקות באופן מלאכותי מערכות עצביות טבעיות: במקום מידע שיועבר ברציפות, הוא מועבר כאירועים בדידים (קוצים) בנקודות זמן מסוימות.
הם גילו שכאשר רשתות הספייק אומנו למשימה חדשה, אך עם תקופות לא מקוונות מדי פעם שחיקו שינה, השכחה הקטסטרופלית הופחתה. כמו המוח האנושי, אמרו מחברי המחקר, "שינה" עבור הרשתות אפשרה להם להשמיע מחדש זיכרונות ישנים מבלי להשתמש במפורש בנתוני אימון ישנים.
זיכרונות מיוצגים במוח האנושי על ידי דפוסים של משקל סינפטי - החוזק או המשרעת של חיבור בין שני נוירונים.
"כשאנחנו לומדים מידע חדש", אמר בז'נוב, "נוירונים יורים לפי סדר מסוים וזה מגביר את הסינפסות ביניהם. במהלך השינה, דפוסי ההקפצה שנלמדו במצב הערות שלנו חוזרים על עצמם באופן ספונטני. זה נקרא הפעלה מחדש או הפעלה חוזרת.
"פלסטיות סינפטית, היכולת להשתנות או לעצב, עדיין קיימת במהלך השינה והיא יכולה לשפר עוד יותר את דפוסי המשקל הסינפטיים המייצגים את הזיכרון, לעזור למנוע שכחה או לאפשר העברה של ידע ממשימות ישנות למשימות חדשות."
כשבז'נוב ועמיתיו יישמו גישה זו על רשתות עצביות מלאכותיות, הם גילו שהיא עזרה לרשתות להימנע משכחה קטסטרופלית.
"המשמעות היא שהרשתות האלה יכולות ללמוד ברציפות, כמו בני אדם או בעלי חיים. הבנה כיצד המוח האנושי מעבד מידע במהלך השינה יכולה לעזור להגביר את הזיכרון אצל נבדקים אנושיים. הגברת מקצבי השינה יכולה להוביל לזיכרון טוב יותר.
"בפרויקטים אחרים, אנו משתמשים במודלים ממוחשבים כדי לפתח אסטרטגיות אופטימליות להפעלת גירוי במהלך השינה, כגון צלילים שמיעתיים, המשפרים את מקצבי השינה ומשפרים את הלמידה. זה עשוי להיות חשוב במיוחד כאשר הזיכרון אינו אופטימלי, כגון כאשר הזיכרון יורד בהזדקנות או במצבים מסוימים כמו מחלת אלצהיימר."
מחברים שותפים כוללים: ריאן גולדן וז'אן אריק דלאנויס, שניהם ב-UC סן דייגו; ופאבל סנדה, המכון למדעי המחשב של האקדמיה הצ'כית למדעים.
רשתות עצביות מלאכותיות לומדות טוב יותר כשהן מבלים זמן בלי ללמוד בכלל. artificial_intelligence.xml
