Нейросети помогли ответить на вопрос, зачем мы видим сны

Наш мир полон суеверий, причем некоторые из них вызывают особый интерес. Известно, например, что Майкл Джордан носил шорты Университета Северной Каролины под своей формой Chicago Bulls; Серена Уильямс носит одни и те же носки на протяжении всего турнира; а теннисист Горан Иванишевич в свое время смотрел мультфильм «Телепузики» на протяжении всего соревнования (позже даже он не смог ответить, зачем). Для одних это не больше, чем просто «тараканы» в голове, однако ученые считают, что появляются они не просто так. Новая теория не только объясняет, с чем связано такое поведение, но и позволяет ответить на вопрос, почему вы вообще видим сны.

Откуда берутся суеверия

Психологи говорят, что данное поведение возникает из-за того, что человеческий мозг иногда связывает события, которые по факту имеют небольшую причинную связь или вообще не имеют ее. У исследователей, которые занимаются машинным обучением, другой ответ на этот вопрос. Для них это пример «переобучения» — использования нерелевантных деталей для построения нейросети. Может быть много факторов, которые способствуют успеху конкретной теннисной подачи или баскетбольного броска, но цвет носков или трусов вряд ли входит в их число.

Точно то же самое происходит с искусственными нейронными сетями. Во время обучения они узнают важные детали, но также и нерелевантные, которые просто не нужны. Переобучение — это настоящее проклятие для экспертов по машинному обучению, которые разработали широкий спектр методов, чтобы обойти его.

Если нейросети скормить слишком много лишних данных, она выдаст что-то вроде этого. Некоторые видят похожие сны

Но если нейросеть справляется с переобучением, то как с этим обстоят дела у человеческого мозга?

Ответить на этот вопрос можно благодаря новой работе Эрика Хоэла, нейробиолога из Университета Тафтса в Массачусетсе. Согласно его теории, человеческий мозг предотвращает переобучение с помощью сновидений. Сновидения были развиты специально для решения этой проблемы, которая является общей для всех нейронных сетей. Если его теория верна, она дает ответ на одну из больших нерешенных проблем нейробиологии: почему мы вообще видим сны.

Что такое сны?

Немного предыстории. Психологи, нейробиологи и другие ученые с незапамятных времен задумывались о происхождении и роли снов. Фрейд предположил, что они были способом выражения разочарования, когда человек не реализовывал одну и своих идей.

Другие считают, что сны - это своего рода эмоциональный инструмент, который позволяет нам контролировать и разрешать эмоциональные конфликты. Однако критики отмечают, что большинству снов недостает сильного эмоционального содержания, и бессмысленные сны без каких-либо эмоций — обычное явление.

Третьи говорят, что сны — это часть процесса, который мозг использует для исправления воспоминаний или выборочного забывания нежелательных или ненужных воспоминаний. Однако это тоже не совсем верно, поскольку большинству снов не хватает реалистичных деталей, они имеют странные направленности, схожие с галлюцинациями, и часто содержат ранее неизвестную информацию. Вы давно видели осмысленный сон? Расскажите в нашем Telegram-чате.

Большинство снов вообще не связаны с конкретными воспоминаниями, что делает интеграцию новых воспоминаний сомнительной целью сновидения, — говорит Хоэл.

Зачем мы видим сны

Его новая идея заключается в том, что цель сновидений — помочь мозгу делать обобщения, основанные на конкретном опыте. Выстраивать настоящие связи. И сны делают это так же, как специалисты по машинному обучению, которые предотвращают переобучение в искусственных нейронных сетях.

Сны помогают мозгу избавиться от лишних связей и «прочистить голову»

Как они это делают? Самый распространенный способ — добавить немного «шума» в процесс обучения, чтобы нейронной сети было сложнее сосредоточиться на несущественных деталях. На практике исследователи добавляют «шум» к изображениям или загружают в компьютер поврежденные данные и даже удаляют случайные узлы в нейронной сети. С человеческой точки зрения это было бы равносильно тому, чтобы заставить Майкла Джордана носить разные шорты или заставить Серену Уильямс менять носки. Это значительно снизило бы вероятность того, что они сосредоточатся на конкретной несущественной детали — в их случае суеверии.

По словам Хоэла, сновидения выполняют ту же функцию для мозга. Он называет эту идею гипотезой переоборудованного мозга и указывает, что в ее пользу есть множество свидетельств. Например, один из лучших способов вызвать сновидения — это играть в простые повторяющиеся игры, такие как тетрис. Это создает условия, в которых мозг может стать «переобучаемым» за счет множества новых повторяющихся деталей.

Вот почему такие действия вызывают сны. Эти сны не являются повторами воспоминаний об играх в тетрис и, как правило, содержат мало деталей, больше похожих на галлюцинации. Именно этот «шум» помогает мозгу убрать лишние связи. Вот почему люди могут улучшить свои жизненные показатели после хорошего ночного сна.

Ученый использует свою новую теорию, чтобы сделать ряд смелых предположений.

Возможно, человеческий мозг способен измерять переобучение, — говорит он.

Сны помогают мыслить ясно

Чем опасен недосып?

Теория также может быть использована для лучшего понимания типов ошибок, которые люди с недостатком сна могут совершить. Если «недосыпающий» мозг окажется переполнен лишними связями, он будет склонен делать стереотипные ошибки. Так что Майклу Джордану и Серене Уильямс, возможно, стоило просто хорошо выспаться.

Кроме того, почему люди создают художественную литературу и наслаждаются ею, всегда оставалось загадкой. Но у Хоэла есть ответ:

Гипотеза переоборудованного мозга предполагает, что вымыслы и, возможно, искусство в целом могут иметь базовую когнитивную полезность для предотвращения переобучения, поскольку они действуют как искусственные сны.

Интересная работа! До сих пор большинство когнитивных теорий рассматривали сны как эпифеномен, побочный продукт общего сна, не имеющий собственной значимой функции. Данная работа переворачивает все это с ног на голову, раскрывая биологическую функцию сновидений и, следовательно, впервые обосновывая их эволюцию.