Un destacado conjunto de científicos de la Universidad de California en San Diego está indagando cómo reproducir patrones de sueño humanos en las redes neuronales artificiales para abordar el desafío del olvido catastrófico.
Los resultados de este estudio fueron publicados en la prestigiosa revista PLOS Biología Computacional.[automatic_youtube_gallery type="search" search="Las redes neuronales aprenden de manera más efectiva al imitar los patrones de sueño humanos" cache="2419200" per_page="1" thumb_excerpt="0" player_description="0"]
Comunmente, los seres humanos requieren entre 7 a 13 horas de sueño cada 24 horas. Aunque el sueño propicia una relajación física, el cerebro conserva un nivel alto de actividad.
El cerebro humano durante las fases de sueño
Maxim Bazhenov, PhD y connotado investigador del sueño en la Facultad de Medicina de la Universidad de California en San Diego, afirma: «Durante el sueño, el cerebro está muy activo, reprocesa lo que hemos aprendido durante el día. El sueño contribuye a reorganizar los recuerdos y los dispone de la forma más efectiva».
Bazhenov y su grupo de trabajo ya han publicado estudios previos sobre cómo el sueño construye la memoria racional, que es la habilidad de recordar conexiones arbitrarias o indirectas entre distintos objetos, sucesos o seres humanos. Asimismo, ayuda a prevenir el olvido de recuerdos antiguos.
Abordando el reto del olvido catastrófico en IA
Las redes neuronales artificiales beben de la estructura del cerebro humano para optimizar las técnicas y sistemas de IA. A pesar de que estas tecnologías han logrado superar al ser humano en términos de velocidad de procesamiento, enfrentan una dificultad relevante: cuando las redes neuronales aprenden en una secuencia, la información reciente sobrescribe la pasada, lo que produce un fenómeno denominado olvido catastrófico.
«Por otro lado, el cerebro humano aprende de manera constante, integrando nuevos datos a los ya existentes, usualmente aprende de manera más efectiva cuando el nuevo aprendizaje se entrelaza con periodos de sueño, a fin de consolidar la memoria», dice Bazhenov.
Los científicos emplearon redes neuronales que se asemejan artificialmente a los sistemas neuronales naturales. En vez de mantener una comunicación contante, la información se transfiere a través de incidencias específicas, o picos, en momentos determinados.
Reproduciendo los patrones de sueño humano en IA
El estudio desveló que cuando se entrenaban redes de picos en tareas nuevas con espacios intermitentes fuera de línea (imitando el sueño), el olvido catastrófico era atenuado. Como sucede en el cerebro humano, los expertos indican que el «sueño» permite a las redes recrear recuerdos antiguos sin la necesidad de utilizar explícitamente los datos de capacitación previos.
Al aprender nueva información, las neuronas se activan en un orden específico, incrementando las sinapsis entre ellas», explica Bazhenov. “Durante el sueño, los patrones de picos aprendidos durante nuestro estado de vigilia se reproducen de manera espontánea. A este proceso se le conoce como reactivación o repetición.
«La plasticidad sináptica, que se refiere a la habilidad para ser alterada o moldeada, se mantiene durante el sueño y puede potenciar aún más los patrones de peso sináptico, lo que representa a la memoria, coadyuvando a prevenir el olvido y facilitar la transferencia de conocimientos de tareas viejas a nuevas», añade.
El grupo de investigación descubrió que al aplicar este enfoque a las redes neuronales artificiales se logra eludir el olvido catastrófico.
«Esto sugiere que estas redes pueden continuar aprendiendo, al igual que los humanos o animales», prosigue Bazhenov. “Investigar cómo el cerebro humano procesa la información durante las fases de sueño puede auxiliar en aumentar la memoria en los seres humanos. Incrementar los ritmos del sueño podría conllevar a una mejora de la memoría.
“En otros estudios, hemos empleado modelos informáticos para elaborar estrategias óptimas para aplicar estímulos durante el sueño, como sonidos, para perfeccionar los ritmos del sueño y potenciar el aprendizaje. Este enfoque podría ser especialmente relevante cuando la memoria no es óptima, como sucede durante el envejecimiento o en algunas condiciones médicas como el Alzheimer”.