Spánek jako kartotéka mysli

Je naší přirozeností brát spánek jako "pouhé" nahromadění běžné denní únavy, po níž jednoduše potřebujeme chvíli odpočinku. Spánek je ale významnější zejména po neurologické stránce. Známe zvířata, která se i při spánku dovedou pohybovat, nebo jim stačí spát jenom po několik minut denně, anebo spí jenom jednou hemisférou najednou. Ale prakticky všechny vyšší formy života si potřebují čas od času dát dvacet.

Důvodem jsou právě naše vyšší neurologické a kognitivní funkce. Například rostliny, ačkoliv jde zjevně také o pokročilou formu života, náš spánek neznají. V noci přestanou fotosyntezovat, období klidu u nich ale ovlivňuje hlavně metabolismus. Hmyz také zná podobná období klidu (torpor), ale ani zde nejde o stejný ekvivalent pro nervový systém.

Plnohodnotný spánek je u lidí nezbytný pro chod organismu především kvůli tomu, že udržuje mozek zdravý, když nechává neurony eliminovat zbytečné synaptické spoje, které si vytváříme během dne. Jednodušeji řečeno: náš mozek v noci katalogizuje denní prožitky, uchovává ty, které mají význam a zbylé vyhazuje do koše.

Tomuto procesu se říká synaptická homeostáze a může jak za to, že bývá "ráno moudřejší večera", tak i za to, že obvykle zapomínáme "geniální myšlenky", které nás napadají krátce přes usnutím.

O čem androidi sní

Mohli bychom však touto metodou pomoct i výkonu umělé inteligence? Nová studie pod vedením Adriana Barry z University of Salento si posvítila právě na tuto možnost. Svého druhu naučila počítače spát a snít - i když v řeči strojové inteligence průběh této činnosti zní značně méně poeticky. Barra totiž v zásadě na konci každého sebeučícího procesu zkomprimoval nastřádaná data.

Barrova neuronová síť se pomocí cyklu uspořádávání naučených věcí a eliminaci přebytečných zjištění naučila daleko vyšší efektivitě. Jediná digitální synapse byla bez komprimačního cyklu schopná zpracovat maximálně 0,14 - se "spánkem" se ale efektivita synapse zvýšila až na 1 bit. To je také teoreticky maximální hranice efektivity. Tak či onak, díky "spánku" se efektivita sítě zlepšila víc než šestinásobně.

Rozsáhlé testování s využitím simulací ověřilo původní předpoklady. I když to na první pohled působí paradoxně, i počítače si zjevně potřebují odpočinout. Nechat neuronovou síť čas od času "zdřímnout si", může mít za následek lepší výkon. "Věříme, že spánek je v procesu kognice nezbytnou součástí fungování jak umělé inteligence, tak i inteligence biologické," sdělil matematik Adriano Barra.

Podobná komprese není ve výzkumu strojového myčlení ve skutečnosti zase tak nová. Její přirovnání k biologické synaptické homeostázi a dosažení vyšší efektivity neuronové sítě však svého druhu ano. Částečně tak padá mýtus o tom, že ani počítače ve srovnání s lidmi nepotřebují "vypnout" - už tedy jenom dovedou fungovat mnohonásobně rychleji než my!

Práce byla publikována v Neural Networks a aRxiv.