奇怪的梦可能有助于大脑更好地学习

瑞士伯尔尼大学的研究人员进行的一项新研究表明，梦——尤其是那些同时看起来很现实，但仔细一看却很奇怪的梦——有助于我们的大脑从以前的经历中学习和提取一般概念。这项研究是在人脑计划中进行的，并发表在eLife，利用机器学习启发的方法和大脑模拟提供了关于梦的意义的新理论。

睡眠和梦对于学习和记忆的重要性早已被认识到——一个不安分的夜晚对我们认知能力的影响是众所周知的。该研究的主要作者Nicolas Deperrois解释说:“我们缺乏的是一种将这与经验的巩固、概念的概括和创造力联系起来的理论。”

在睡眠中，我们通常经历两种睡眠阶段，一个接一个地交替:非快速眼动睡眠，当大脑“重放”清醒时所经历的感官刺激时，快速眼动睡眠，当自发爆发的强烈大脑活动产生生动的梦境时。

研究人员通过模拟大脑皮层来模拟不同的睡眠阶段如何影响学习。为了在人造梦中引入一种不同寻常的元素，他们从一种名为生成对抗网络(GANs)的机器学习技术中获得了灵感。在GANs中，是2神经网络彼此竞争，从相同的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。这一操作产生了新的人造图像，对人类观察者来说表面上看起来很真实。

然后，研究人员模拟了三种不同状态下的大脑皮层:清醒、非快速眼动睡眠和快速眼动睡眠。在清醒状态下，模特会看到船、汽车、狗和其他物体的图片。在非快速眼动睡眠中，模型在某些遮挡下回放感官输入。快速眼动睡眠创造新的感觉输入通过GANs，生成扭曲但现实的版本和船、汽车、狗等的组合。为了测试模型的性能，一个简单的分类器评估对象(船、狗、汽车等)的身份是否容易从皮层表示中读取。

“随着我们模型的学习，非快速眼动和快速眼动的梦变得更加真实，”该研究小组的资深作者和负责人雅各布·乔丹解释说。“虽然非快速眼动梦与清醒时的经历非常相似，但快速眼动梦往往会创造性地将这些经历结合起来。”有趣的是，当模型中REM睡眠阶段被抑制时，或者当这些梦变得不那么有创造性时，分类器的准确性就会下降。当NREM睡眠阶段被移除时，这些表征往往对感官扰动(此处为遮挡)更敏感。

根据这项研究，清醒、非快速眼动睡眠和快速眼动睡眠似乎对学习有互补的功能:体验刺激、巩固经验和发现语义概念。“我们认为这些发现表明了梦的一个简单的进化作用，而没有解释它们的确切含义，”Deperrois说。“梦是奇怪的，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——你的梦大脑也许只是在组织你的经历。”