你做奇怪的夢時，大腦可能正在訓(xùn)練

杰瑞

在過去一年多的時間里，我們許多人的生活都變得單調(diào)了很多。我們經(jīng)常與家人待在一起，去的地方也變少。換句話說，這段時間生活中的“刺激”不夠刺激了，我們清醒時的體驗變得類似、幾乎完全可以預(yù)測。

與此同時，我們的夢境卻變得更加奇怪，有了更多的變化和虛構(gòu)的情節(jié)。作為一位研究夢和想象的認知科學(xué)家，這讓我感到好奇：我們的夢為什么會變得奇怪？夢境變得陌生會有什么作用嗎？

我們的大腦產(chǎn)生奇怪的夢，可能是為了用新奇的事物對抗單調(diào)乏味的日常生活。這其中存在一個自適應(yīng)邏輯：如果動物的行為方式過于嚴格地遵從環(huán)境，它就會犧牲了歸納、理解和學(xué)習(xí)新事物的能力。在人工智能領(lǐng)域，科學(xué)家將模型與給定的數(shù)據(jù)集高度擬合的現(xiàn)象稱為“過擬合”。

舉個例子來說，當用某個圖片集訓(xùn)練人臉識別算法的時間過長時，算法可能會開始基于背景中的樹木或其他物體來識別圖片，這就違背了人臉識別的初衷。人臉識別算法本應(yīng)該學(xué)習(xí)一般規(guī)則，也就是不受表情或環(huán)境的影響來識別面部輪廓，但在過擬合的情況下，算法只是簡單地記住了訓(xùn)練集。所以，我們的大腦努力炮制出陌生的夢境，是在幫助我們避免學(xué)習(xí)與日常生活“過擬合”嗎？

塔夫茨大學(xué)的神經(jīng)科學(xué)家埃里克·赫爾認為這一猜想是可靠的。在最近發(fā)表的一篇論文中，他闡述了自己的觀點。赫爾說：“哺乳動物一直在學(xué)習(xí)，沒有開關(guān)能關(guān)閉這個過程。所以我們很自然地想到，哺乳動物也會遇到過度學(xué)習(xí)的問題，需要通過認知內(nèi)穩(wěn)態(tài)來解決。‘過擬合大腦假說’認為當生物學(xué)習(xí)帶來的效果逐漸偏向某一個方向時，生物體需要與之對抗，使認知回到更優(yōu)的內(nèi)穩(wěn)態(tài)上。”

在夢這個領(lǐng)域，赫爾的觀點十分獨特，不僅解釋了奇怪夢境產(chǎn)生的原因，更提出了它們存在的目的。其他關(guān)于做夢的解釋并沒有真正回答為什么夢會變得奇怪，或者僅將它們解釋為其他認知和生理過程的副產(chǎn)品。這些觀點回避了那些奇怪的夢，并表示真正奇怪的夢其實很少，即我們很容易高估自己夢境的奇怪程度。雖然我們通常更容易記住奇怪的夢，但研究表明大約80%的夢反映的都是正常活動，可能非常無聊。

夢的“連續(xù)性假說”認為夢境只是再現(xiàn)了人清醒時的生活。確實，我們大多數(shù)夢（雖然大多數(shù)我們可能都不記得）都屬于這一類。但連續(xù)性假說并不能解釋，為什么某些事情在夢中出現(xiàn)得更頻繁。比方說，許多人在清醒時會花大量的時間在電腦屏幕前工作、玩游戲、看電影和讀書，但你會經(jīng)常夢見自己坐在電腦前嗎？根據(jù)連續(xù)性假說，夢中一些活動的比例會反映其在現(xiàn)實生活中的比例，但這顯然不是事實。

另一類理論認為，夢的存在是為了幫助人演習(xí)現(xiàn)實世界中會發(fā)生的事件，這類理論得到了很多研究的支持。這些研究發(fā)現(xiàn)睡眠尤其是夢，對學(xué)習(xí)和記憶十分重要。瑞典舍夫德大學(xué)的認知神經(jīng)學(xué)家安蒂·瑞文蘇依據(jù)夢境的這種特征，提出了兩個理論。

其中一個是“威脅模擬理論”，該理論認為夢可以為真實世界存在的危險提供練習(xí)，這可以解釋為什么70%的夢都是痛苦的。后來，瑞文蘇擴展了這一理論，認為夢可以為真實生活中的大部分情境提供練習(xí)。這些理論可以解釋，為什么我們會相信夢中看到的事情是真的：因為如果我們沒有把夢境當作真實，就不會認真對待它們，從中學(xué)習(xí)的效果就會減弱。

除此之外，從大腦結(jié)構(gòu)來看，我們之所以會把夢當作現(xiàn)實，是因為背外側(cè)前額葉皮層（DLPFC）在做夢時神經(jīng)活動會降低，這一腦區(qū)可以監(jiān)測生活中的異常情況。DLPFC在清醒夢（特點是做夢人能意識到自己在做夢）中更為活躍，也能證實這一理論。

另一種理論認為奇怪的是大腦活動的副作用。“隨機激活理論”提出，夢的產(chǎn)生是因為前腦試圖理解由大腦后部在睡眠時發(fā)出的混亂而無意義的信息。在這種觀點下，奇怪的夢境沒有任何功能，不過腦干的隨機活動是有意義的。麥吉爾大學(xué)的神經(jīng)科學(xué)家芭芭拉·瓊斯注意到，腦干調(diào)控的是性和跑步等，而類似的場景也經(jīng)常出現(xiàn)在夢中。

與其他假說不同，赫爾的假說直面夢的怪異之處，并賦予了它們意義。赫爾認為奇怪的夢有助于防止大腦過擬合，這一問題同樣困擾著機器學(xué)習(xí)領(lǐng)域的研究人員。過擬合指的是關(guān)注訓(xùn)練集中無關(guān)的細節(jié)，停止學(xué)習(xí)是處理這類情況的一種方法。更廣泛的一種處理方法是引入噪聲，即輸入失真的信息。引入噪聲會使得深度學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)無法確定訓(xùn)練集中特異信息的重要性，從而更可能關(guān)注一般性的信息，因此可以在現(xiàn)實世界中更好地工作。赫爾認為，奇怪的夢與訓(xùn)練類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)時引入噪聲的功能相似：提供一些失真的輸入，以防止大腦將清醒時的生活和“訓(xùn)練集”過度擬合。

有趣的是，一些實驗已經(jīng)證實，過擬合會發(fā)生在人類身上，而睡眠可以消除過擬合。簡而言之，夢之所以奇怪，是因為我們需要它們?nèi)绱恕Ｈ绻麎艟撑c現(xiàn)實生活太相似，過擬合會加劇而不是消除。一般來說，即使是感覺很真實的夢通常也不會與真實事件完全相同。

類似于其他認為做夢幫助人學(xué)習(xí)應(yīng)對現(xiàn)實世界的觀點，赫爾的假說認為睡眠是進行“離線”學(xué)習(xí)的最佳時間。扭曲的經(jīng)歷或失真的輸入如果發(fā)生在我們清醒的時候，會分散注意力，甚至?xí)a(chǎn)生危險。而我們之所以會忘記很多夢，可能就是為了不與真實發(fā)生的事情混淆。畢竟大腦只是想要用它訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，并不想創(chuàng)造新的記憶來與現(xiàn)實混淆。

那機器學(xué)習(xí)能幫助我們推測出“最佳”的奇怪夢境嗎？赫爾說：“或許可以吧，但我更傾向于另一個方向，即深度學(xué)習(xí)更應(yīng)該借鑒神經(jīng)科學(xué)研究。我們希望向程序輸入的數(shù)據(jù)足夠不同，但又不會太離譜以至于超出它的處理能力。”

這一切表明，夢應(yīng)該具有某種“最佳”的奇怪程度。不過“奇怪”不是一個容易衡量的維度。赫爾說：“這很像是文學(xué)和藝術(shù)。比如一首好的詩既不能讓人完全看不懂，又不能過于淺白，它需要在詞語的變化和隱喻中找到恰當?shù)奈恢谩！〉胶锰帯钅軒椭蠖鴱?fù)雜的大腦解決過度學(xué)習(xí)、過度記憶和過擬合等一系列問題。”

受到大腦結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，科學(xué)家開發(fā)出了類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，但隨著深度學(xué)習(xí)的發(fā)展，人工智能大多被用于創(chuàng)造更智能的機器，而不是模擬和理解人類的思維。但是越來越多在深度學(xué)習(xí)領(lǐng)域的發(fā)現(xiàn)仍然啟發(fā)了我們關(guān)于大腦如何工作的新理論。為了更好地學(xué)習(xí)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)需要學(xué)習(xí)到一些奇怪的、無意義的數(shù)據(jù)。或許，我們?nèi)祟愐残枰?/p>