對(duì)我們?nèi)祟?lèi)來(lái)說(shuō)，睡眠非常重要。長(zhǎng)時(shí)間剝奪睡眠的話，搞不好會(huì)直接去世。此外，某些自主運(yùn)行的功能會(huì)趁著意識(shí)陷入睡眠的時(shí)候，修補(bǔ)我們的身體：比如說(shuō)，讓神經(jīng)元修剪我們?cè)诎滋旖⑵饋?lái)的并無(wú)必要的突觸連接，好保持大腦的健康。
這個(gè)過(guò)程被稱(chēng)為突觸體內(nèi)平衡，可以防止大腦內(nèi)存被無(wú)用記憶堆滿(mǎn)。或許它也提高了我們的認(rèn)知表現(xiàn)，而做夢(mèng)可以讓我們整理以往的記憶。
事實(shí)證明，如果賦予人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)睡眠和做夢(mèng)的功能，AI或許會(huì)像人類(lèi)大腦一樣變得更加健康。
是的，沒(méi)錯(cuò)。它的運(yùn)作方式與人類(lèi)的神經(jīng)系統(tǒng)相似。
當(dāng)然，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)——從信息處理角度對(duì)人腦神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行抽象， 建立某種簡(jiǎn)單模型，按不同的連接方式組成不同的網(wǎng)絡(luò)——不會(huì)自發(fā)而本能地入睡和做夢(mèng)。這就是為什么意大利的數(shù)學(xué)家特意編寫(xiě)了一款被稱(chēng)為Hopfield的會(huì)睡覺(jué)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。
“受到哺乳動(dòng)物大腦中睡眠和做夢(mèng)機(jī)制的啟發(fā)，我們建議現(xiàn)有的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，兼具標(biāo)準(zhǔn)的在線(清醒)學(xué)習(xí)機(jī)制(允許以模式存儲(chǔ)外部信息)和離線(睡眠)學(xué)習(xí)以及鞏固的機(jī)制?！?/p>
當(dāng)ANN清醒的時(shí)候，它不停地學(xué)習(xí)并存儲(chǔ)各種信息。問(wèn)題是，它的存儲(chǔ)容量是有限的。
因此，該團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種在數(shù)學(xué)上再現(xiàn)人類(lèi)睡眠模式的方法——快速眼動(dòng)睡眠和慢波睡眠，前者被認(rèn)為可以消除不必要的記憶，后者被認(rèn)為可以鞏固重要的記憶。
ANN的“睡眠”狀態(tài)也是如此，循環(huán)和消除不必要的信息，然后整合剩下的、重要的東西。
結(jié)果非常之好。沒(méi)有睡眠，最大容量是α= 0.14，其中α表示每個(gè)突觸存儲(chǔ)的比特?cái)?shù)。當(dāng)結(jié)合睡眠周期時(shí)，ANN達(dá)到了這種網(wǎng)絡(luò)的理論極限——α= 1。
模擬的廣泛測(cè)試驗(yàn)證了他們的結(jié)論——允許神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)偶爾打盹(使用正確的打盹算法)可以提高性能。
薩蘭托大學(xué)的數(shù)學(xué)家Adriano Barra說(shuō)：“我們相信，在認(rèn)知的過(guò)程中——雖然學(xué)習(xí)和檢索肯定會(huì)發(fā)揮關(guān)鍵作用——睡眠對(duì)人工智能來(lái)說(shuō)也是必須的，就像對(duì)生物一樣?！?/p>
我們由衷希望，他們的理論正確無(wú)誤。
研究成果已發(fā)表在《神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)》期刊上，可以在arXiv上閱讀到完整的版本。
本文譯自 sciencealert，由譯者 majer 基于創(chuàng)作共用協(xié)議(BY-NC)發(fā)布。
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