机器学习展示了每种睡眠状态如何促进学习和记忆

出处：Good News Network

翻译：Dennis Li

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一项新的研究表明，奇怪的梦可能有助于大脑巩固我们的经验并从中学习。

睡眠和梦境对学习和记忆的重要性早已得到认可，这种联系可能是发生在快速眼动 (REM) 睡眠中的奇幻梦境，这是大脑最活跃的睡眠阶段。

该研究的主要作者尼古拉斯·德佩罗斯说道：“我们缺乏的是一种将其与经验整合、概念概括和创造力联系起来的理论。”

在睡眠的其他阶段，即非快速眼动，大脑会回放我们在清醒时体验到的感觉刺激，这些刺激与大脑活动的自然爆发相吻合，从而在快速眼动睡眠中产生生动的梦境。

为了检查每个阶段如何影响学习，研究人员使用一种称为生成对抗网络 (GAN) 的机器学习技术来创建人工梦境，然后通过将不寻常的元素引入人工梦境来模拟大脑的皮层活动。

GAN 本质上是两个相互竞争的神经网络，以从同一数据集中生成新数据，在这种情况下，是一系列简单的物体和动物图片。该系统生成新的人工图像，这些图像在人类看来表面上是真实的。

然后研究人员模拟了三种不同状态下的皮层：清醒、非快速眼动睡眠和快速眼动睡眠。

在清醒时，模型会接触到船只、汽车、狗和其他物体的照片。在非快速眼动睡眠中，模型会回放这些带有一些遮挡的图片。

REM 睡眠创造了新的 GAN，生成扭曲但真实的版本以及船、汽车、狗等的组合。

“随着我们模型的学习，非快速眼动和快速眼动的梦想变得更加现实，”伯尔尼大学生理学系的资深作者雅各布·乔丹博士说道。 “虽然非快速眼动的梦与清醒的经历非常相似，但快速眼动的梦往往创造性地结合了这些经历。”

为了看看他们是否可以改变这个过程，研究人员中断了不同的睡眠状态。当模型中的 REM 睡眠被抑制时，梦的创造力就会降低，而当非 REM 睡眠阶段被移除时，这些表征往往对感觉波动更敏感。

根据这项研究，清醒、非快速眼动和快速眼动睡眠似乎具有互补的学习功能：体验刺激、巩固体验和发现语义概念。

“我们认为这些发现表明了梦的简单进化作用，而没有解释它们的确切含义，”德佩罗斯说道。 “梦想是奇怪的，这并不奇怪：这种奇怪是有目的的。”

“下次你做疯狂的梦时，也许不要试图去寻找更深层的意义；你的大脑可能只是在组织你的经历。”

REM 睡眠也恰好是醒来前的最后一个睡眠阶段。对于能记住梦境的人来说，这是因为大脑已经到了那个最活跃的时期，在这个时期它可能正在经历这个过程。

许多人报告说梦境经常有几个似乎完全不同的组成部分，这可能是因为大脑试图通过实验性地结合不同的元素来解决问题，例如 GAN 制造的船狗混合体。

消息来源：https://www.goodnewsnetwork.org/machine-learning-simulations-show-how-each-state-of-sleep-contributes-to-learning-and-memory/