大腦存在內(nèi)部“世界模型”，快速眼動睡眠期間就會運(yùn)行
睡覺做夢，大腦實(shí)際上會運(yùn)行一個內(nèi)部“世界模型”！
有沒有童鞋平時做夢經(jīng)常分不清夢境和現(xiàn)實(shí)，有時夢境過于逼真，再帶點(diǎn)恐怖，被嚇醒也是常有的事。
加州大學(xué)舊金山分校兩位神經(jīng)科學(xué)家最近做的一項(xiàng)研究，引發(fā)關(guān)注。
他們指出在動物進(jìn)入多夢的睡眠階段，大腦會運(yùn)行一個內(nèi)部“世界模型”模擬和外界的交互。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果給出了有力證明，即使睡眠中沒有實(shí)際運(yùn)動發(fā)生，大腦也會模擬運(yùn)動指令，展現(xiàn)出和清醒狀態(tài)類似的腦活動。
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這項(xiàng)研究剛po出，就被不少學(xué)者點(diǎn)贊轉(zhuǎn)發(fā)。
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還有網(wǎng)友聯(lián)想到，將“夢境模擬”方式運(yùn)用到AI中，解決訓(xùn)練數(shù)據(jù)不足的問題：
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睡覺時大腦活動與清醒時非常相似
做生動的夢大多發(fā)生在一種稱為快速眼動（REM）睡眠的階段。
為探究在REM睡眠期間，大腦是如何模擬動作及其結(jié)果的，研究人員用小鼠做了實(shí)驗(yàn)，重點(diǎn)關(guān)注了大腦中的兩個關(guān)鍵區(qū)域：
上丘（SC）和丘腦前背側(cè)核（ADN）。SC是負(fù)責(zé)定向運(yùn)動的運(yùn)動指令中心，而ADN則包含了所謂的“頭部方向細(xì)胞”，這些細(xì)胞能夠反映動物頭部的朝向。
首先，研究人員記錄了清醒狀態(tài)下小鼠左側(cè)上丘的神經(jīng)活動。他們發(fā)現(xiàn)，約一半的上丘神經(jīng)元在頭部轉(zhuǎn)動時會顯著改變活動，這些神經(jīng)元被稱為“轉(zhuǎn)向細(xì)胞（turn cells）”。
大多數(shù)轉(zhuǎn)向細(xì)胞偏好順時針轉(zhuǎn)動，當(dāng)多個順時針轉(zhuǎn)向細(xì)胞同時激活（稱為“群體轉(zhuǎn)向事件”）時，動物進(jìn)行順時針頭部轉(zhuǎn)動的概率顯著增加。
接下來，研究人員比較了清醒狀態(tài)和REM睡眠期間上丘的活動。
令人驚訝的是，REM睡眠中上丘的活動模式與清醒狀態(tài)非常相似?！叭后w轉(zhuǎn)向事件”在REM睡眠中也能觀察到，甚至頻率略高于清醒狀態(tài)。
也就是說，即使在睡眠中，上丘仍在發(fā)出類似于清醒狀態(tài)下的運(yùn)動指令。
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為了理解這些睡眠中的“運(yùn)動指令”是否會影響大腦的內(nèi)部表征，研究人員同時記錄了ADN中頭部方向細(xì)胞的活動。
他們開發(fā)了一個解碼器，可以根據(jù)ADN的神經(jīng)活動推斷頭部方向。在清醒狀態(tài)下，這個解碼器能夠準(zhǔn)確預(yù)測實(shí)際的頭部方向。
結(jié)果，當(dāng)應(yīng)用于REM睡眠數(shù)據(jù)時，解碼器顯示了“虛擬頭部轉(zhuǎn)動”——
盡管動物保持靜止，但大腦中頭部方向的內(nèi)部表征仍在發(fā)生變化。
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為了證明上丘活動與虛擬頭部轉(zhuǎn)動之間的因果關(guān)系，研究人員使用河豚毒素（TTX）藥物阻斷了小鼠右側(cè)上丘的活動。
結(jié)果又顯示，這種阻斷導(dǎo)致REM睡眠中順時針方向的虛擬頭部轉(zhuǎn)動顯著增加，甚至出現(xiàn)連續(xù)的360°順時針虛擬轉(zhuǎn)動。
這些發(fā)現(xiàn)表明，在REM睡眠期間，大腦會模擬動作及其結(jié)果，即使這些動作并未真正執(zhí)行。
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大腦內(nèi)部的“世界模型”
研究人員推測，這種模擬可能依賴于大腦內(nèi)部的模型，而不是外部的感覺反饋。
頭部運(yùn)動的缺失排除了前庭器官的參與，此外小鼠外眼肌缺乏本體感受器官，也排除了REM睡眠特征性眼球運(yùn)動的本體感受反饋對頭部方向表征變化的顯著影響。
研究人員還列舉了其他研究，用于支持這一觀點(diǎn)。
比如之前有研究指出在REM睡眠期間，我們的眼睛會快速移動，這種現(xiàn)象可能反映了大腦在睡眠中進(jìn)行的一些認(rèn)知活動。
患有單側(cè)忽視的病人在清醒時可能無法感知或注意到他們視野的一側(cè)。有趣的是，這些患者在REM睡眠期間的快速眼動表現(xiàn)出傾向于向他們通常忽視的那一側(cè)移動。
這表明，即使在睡眠中，這些患者的大腦也在某種程度上模擬或重現(xiàn)了他們在清醒時的認(rèn)知模式。
此外，還有研究推測REM睡眠本身有助于內(nèi)部模型的形成和完善。
因此研究人員表示，可以設(shè)想在REM睡眠期間觀察到的協(xié)調(diào)SC和ADN活動的內(nèi)部模型也可能在清醒動物中起作用。
這將允許大腦在執(zhí)行SC發(fā)出的運(yùn)動指令之前預(yù)測頭部方向的變化，從而實(shí)時估計頭部方向，而不是依賴于前庭系統(tǒng)的感覺反饋。
而如果這一模型確實(shí)在清醒狀態(tài)下起作用，那么大腦就需要有一種機(jī)制來識別預(yù)測的頭部方向變化和實(shí)際變化之間的差異，并據(jù)此調(diào)整預(yù)測來糾正可能出現(xiàn)的錯誤。
然而有趣的是，在REM睡眠期間，這種錯誤信號被抑制。在沒有這種信號的情況下，我們的大腦就可以自由地根據(jù)內(nèi)部模型進(jìn)行模擬，不受實(shí)際感官輸入的糾正。
這種自由模擬的能力可能是我們在REM睡眠或類似狀態(tài)下，大腦創(chuàng)造性思維和夢境生成的基礎(chǔ)。
這項(xiàng)研究公布后引起了不小的關(guān)注。睡覺其實(shí)是大腦在做“訓(xùn)練”這個觀點(diǎn)，也被不少網(wǎng)友討論：
睡眠可能是一種訓(xùn)練過程。在這個過程中，我們的大腦需要判斷信息是來自真實(shí)世界還是它自己通過訓(xùn)練形成的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)我們無法區(qū)分現(xiàn)實(shí)和虛構(gòu)時，訓(xùn)練就完成了。
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我們做的那些不切實(shí)際的冒險夢可能并不是為了訓(xùn)練我們?nèi)绾螒?yīng)對不切實(shí)際的冒險?？赡苁菫榱擞?xùn)練我們大腦中那些我們沒有直接意識到的更深層次的機(jī)制。比如，夢到自己在飛可能有助于提高我們的視覺空間處理能力。
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