人工大腦可能也需要睡眠

美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室(Los Alamos National Laboratory)的一項新研究表明，沒有人能確定機器人是否會夢見電子羊，但它們幾乎肯定需要一段時間的休息，而這種休息所帶來的好處與睡眠對活的大腦所帶來的好處類似。

美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室的計算機科學(xué)家伊京·沃特金斯說:“我們研究的是脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，這是一種能像活的大腦一樣學(xué)習(xí)的系統(tǒng)?！薄拔覀儽贿@樣一種前景所吸引，即通過類似于人類和其他生物系統(tǒng)在童年時期從環(huán)境中學(xué)習(xí)的方式來訓(xùn)練神經(jīng)形態(tài)處理器?！?/p>

沃特金斯和她的研究小組發(fā)現(xiàn)，連續(xù)一段時間的無監(jiān)督學(xué)習(xí)后，網(wǎng)絡(luò)模擬變得不穩(wěn)定。當(dāng)他們將網(wǎng)絡(luò)暴露在類似于人類大腦在睡眠時所經(jīng)歷的電波狀態(tài)時，穩(wěn)定性就恢復(fù)了。沃特金斯說:“這就好像我們給了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)一個相當(dāng)于晚上好好休息的機會?！?/p>

這一發(fā)現(xiàn)是研究小組在開發(fā)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)時發(fā)現(xiàn)的，該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與人類和其他生物系統(tǒng)學(xué)習(xí)視覺的方式非常接近。一開始，研究小組在進(jìn)行無監(jiān)督字典訓(xùn)練時，很難穩(wěn)定模擬神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，這種訓(xùn)練包括在沒有事先例子來比較的情況下對對象進(jìn)行分類。

“如何避免學(xué)習(xí)系統(tǒng)變得不穩(wěn)定的問題，只有在嘗試使用生物真實的，神經(jīng)形態(tài)的處理器，或者嘗試?yán)斫馍飳W(xué)本身的時候才會出現(xiàn)，”洛斯阿拉莫斯的計算機科學(xué)家和研究合著者Garrett Kenyon說?！敖^大多數(shù)機器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)和人工智能研究人員從來沒有遇到過這個問題，因為在他們研究的人工系統(tǒng)中，他們有機會執(zhí)行全局?jǐn)?shù)學(xué)運算，從而調(diào)節(jié)系統(tǒng)的整體動態(tài)增益?！?/p>

研究人員認(rèn)為，將網(wǎng)絡(luò)暴露在模擬睡眠狀態(tài)下的決定，幾乎是穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)的最后一搏。他們對各種各樣的噪音進(jìn)行了實驗，這些噪音大致相當(dāng)于你在調(diào)諧收音機時可能遇到的電臺間的靜電。當(dāng)他們使用所謂的高斯噪聲波時，得到了最好的結(jié)果，高斯噪聲包含了廣泛的頻率和振幅范圍。他們假設(shè)噪音是模仿生物神經(jīng)元在慢波睡眠時接收到的輸入。結(jié)果表明，慢波睡眠在一定程度上可以確保皮層神經(jīng)元保持穩(wěn)定，不會產(chǎn)生幻覺。

研究小組的下一個目標(biāo)是在英特爾的Loihi神經(jīng)形態(tài)芯片上實現(xiàn)他們的算法。他們希望讓Loihi時不時地睡覺能讓它穩(wěn)定地實時處理來自硅視網(wǎng)膜攝像頭的信息。如果這些發(fā)現(xiàn)證實了人工大腦需要睡眠，我們或許可以期待未來機器人和其他智能機器也會有同樣的情況。

沃特金斯將于6月14日在西雅圖的女性計算機視覺研討會上介紹這項研究。