เครือข่ายประสาทเทียมเรียนรู้ได้ดีขึ้นเมื่อพวกเขาใช้เวลาโดยไม่ได้เรียนรู้เลย

“สมองจะยุ่งมากเมื่อเรานอนหลับ โดยจะทำซ้ำสิ่งที่เราได้เรียนรู้ในระหว่างวัน” ดร.แม็กซิม บาเชนอฟ ศาสตราจารย์ด้านการแพทย์และนักวิจัยด้านการนอนหลับจากคณะแพทยศาสตร์มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ซานดิเอโก กล่าว “การนอนหลับช่วยจัดระเบียบความทรงจำใหม่และนำเสนออย่างมีประสิทธิภาพมากที่สุด”

ในผลงานตีพิมพ์ก่อนหน้านี้ Bazhenov และเพื่อนร่วมงานได้รายงานว่าการนอนหลับสร้างความทรงจำที่มีเหตุผล ความสามารถในการจดจำความสัมพันธ์โดยพลการหรือโดยอ้อมระหว่างวัตถุ ผู้คน หรือเหตุการณ์ และป้องกันการลืมความทรงจำเก่าๆ ได้อย่างไร

โครงข่ายประสาทเทียมใช้ประโยชน์จากสถาปัตยกรรมของสมองมนุษย์เพื่อปรับปรุงเทคโนโลยีและระบบต่างๆ มากมาย ตั้งแต่วิทยาศาสตร์พื้นฐานและการแพทย์ไปจนถึงการเงินและโซเชียลมีเดีย ในบางแง่ พวกเขาบรรลุถึงประสิทธิภาพเหนือมนุษย์ เช่น ความเร็วในการคำนวณ แต่ก็ล้มเหลวในประเด็นสำคัญประการหนึ่ง นั่นคือ เมื่อโครงข่ายประสาทเทียมเรียนรู้ตามลำดับ ข้อมูลใหม่จะเขียนทับข้อมูลก่อนหน้า ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่เรียกว่าการลืมแบบหายนะ

“ในทางตรงกันข้าม สมองของมนุษย์เรียนรู้อย่างต่อเนื่องและรวมข้อมูลใหม่ๆ เข้ากับความรู้ที่มีอยู่” Bazhenov กล่าว “และโดยทั่วไปแล้วสมองจะเรียนรู้ได้ดีที่สุดเมื่อมีการฝึกฝนใหม่ๆ ผสมผสานกับช่วงเวลาการนอนหลับเพื่อรวบรวมความทรงจำ”

เขียนในฉบับวันที่ 18 พฤศจิกายน 2022 ของ PLOS ชีววิทยาเชิงคอมพิวเตอร์ ผู้เขียนอาวุโส Bazhenov และเพื่อนร่วมงานหารือว่าแบบจำลองทางชีววิทยาอาจช่วยบรรเทาภัยคุกคามจากการลืมภัยพิบัติในโครงข่ายประสาทเทียมได้อย่างไร โดยเพิ่มประโยชน์ใช้สอยในขอบเขตความสนใจด้านการวิจัย

นักวิทยาศาสตร์ใช้โครงข่ายประสาทเทียมที่เลียนแบบระบบประสาทตามธรรมชาติ แทนที่จะมีการสื่อสารข้อมูลอย่างต่อเนื่อง ข้อมูลจะถูกส่งเป็นเหตุการณ์ที่ไม่ต่อเนื่อง (เดือย) ณ จุดเวลาที่กำหนด

พวกเขาพบว่าเมื่อมีการฝึกเครือข่ายที่ขัดขวางการทำงานใหม่ แต่มีช่วงออฟไลน์เป็นครั้งคราวที่เลียนแบบการนอนหลับ การลืมอันเป็นหายนะก็บรรเทาลง เช่นเดียวกับสมองของมนุษย์ ผู้เขียนการศึกษากล่าวว่า "การนอนหลับ" สำหรับเครือข่ายช่วยให้พวกเขาเล่นความทรงจำเก่าๆ ได้โดยไม่ต้องใช้ข้อมูลการฝึกอบรมเก่าอย่างชัดเจน

ความทรงจำแสดงอยู่ในสมองของมนุษย์ตามรูปแบบของน้ำหนักซินแนปติก ซึ่งเป็นความแรงหรือความกว้างของการเชื่อมต่อระหว่างเซลล์ประสาททั้งสอง

“เมื่อเราเรียนรู้ข้อมูลใหม่” บาเชนอฟกล่าว “เซลล์ประสาทจะส่งสัญญาณตามลำดับที่เฉพาะเจาะจง และสิ่งนี้จะเพิ่มการทำงานของไซแนปส์ระหว่างพวกมัน ในระหว่างการนอนหลับ รูปแบบที่พุ่งขึ้นอย่างรวดเร็วที่เรียนรู้ระหว่างสภาวะตื่นตัวของเราจะเกิดขึ้นซ้ำๆ ตามธรรมชาติ เรียกว่าการเปิดใช้งานใหม่หรือเล่นซ้ำ

“ความเป็นพลาสติกของซินแนปติก ความสามารถในการเปลี่ยนแปลงหรือขึ้นรูป ยังคงอยู่ในระหว่างการนอนหลับ และยังสามารถปรับปรุงรูปแบบน้ำหนักของซินแนปติกที่เป็นตัวแทนของหน่วยความจำ ช่วยป้องกันการลืมหรือช่วยให้สามารถถ่ายโอนความรู้จากงานเก่าไปสู่งานใหม่ได้”

เมื่อ Bazhenov และเพื่อนร่วมงานใช้วิธีการนี้กับโครงข่ายประสาทเทียม พวกเขาพบว่ามันช่วยให้เครือข่ายหลีกเลี่ยงการลืมอันเป็นหายนะ

“นั่นหมายความว่าเครือข่ายเหล่านี้สามารถเรียนรู้ได้อย่างต่อเนื่อง เช่น มนุษย์หรือสัตว์ การทำความเข้าใจว่าสมองของมนุษย์ประมวลผลข้อมูลอย่างไรระหว่างการนอนหลับสามารถช่วยเพิ่มความจำในวิชาของมนุษย์ได้ การเพิ่มจังหวะการนอนหลับอาจทำให้ความจำดีขึ้นได้

“ในโครงการอื่นๆ เราใช้แบบจำลองคอมพิวเตอร์เพื่อพัฒนากลยุทธ์ที่เหมาะสมที่สุดเพื่อใช้การกระตุ้นระหว่างการนอนหลับ เช่น เสียงการได้ยิน ซึ่งช่วยเพิ่มจังหวะการนอนหลับและปรับปรุงการเรียนรู้ สิ่งนี้อาจมีความสำคัญเป็นพิเศษเมื่อความจำไม่ดี เช่น เมื่อความจำเสื่อมเมื่ออายุมากขึ้น หรือในสภาวะบางอย่าง เช่น โรคอัลไซเมอร์”

ผู้ร่วมเขียน ได้แก่ Ryan Golden และ Jean Erik Delanois ทั้งที่ UC San Diego; และ Pavel Sanda สถาบันวิทยาการคอมพิวเตอร์แห่ง Czech Academy of Sciences