深度学习: 智能时代的核心驱动力量

2013年4月2日由白宫发起的美国“BRAIN计划”（见图15–6）的目标，是创造新的神经技术，以加速我们对“终极信息机器”，即大脑的功能和障碍的进一步理解。正如NIPS会议将许多学科的研究人员聚集在一起创建有学习能力的机器一样，“BRAIN计划”正在将工程师、数学家和物理学家引入神经科学领域，以改进探测大脑的工具。随着我们对大脑，尤其是关于学习和记忆机制的了解更加深入，我们将更好地理解大脑功能的原理。

（Arati Prabhakar），DARPA主任；艾伦·琼斯（Alan Jones），艾伦脑科学研究所所长；我，索尔克研究所。//图片来源：托马斯·卡里尔（Thomas Kalil）。

虽然在分子和细胞水平上对大脑有了深入的了解，但我们还没有在更高层次上对大脑的结构有一个同等的认知。我们已经知道，不同类型的信息被分散到皮层的不同部分进行储存，却不清楚如何快速检索所有分散的信息以解决复杂的问题，例如我们能够通过存储在皮层不同部位的人脸的图像，识别出一个人的名字。这个问题与大脑中意识的起源密切相关。

我的实验室最近发现了人类大脑在睡眠期间的整体活动模式，可以让我们了解大脑皮层中广泛分布的信息是如何联系在一起的。在恢复性慢波睡眠和快速眼动（REM）睡眠之间的睡眠阶段，高度同步的被称为“睡眠锭”（sleep spindles）的时空振荡，主导着皮层的活动。这些10到14赫兹的振荡会持续几秒钟，并在夜间发生数千次。有实验证据表明，在我们睡觉时睡眠锭参与了记忆的巩固。通过来自人脑皮层的记录，莱尔·穆勒（Lyle Muller）、西德尼·卡什（Sydney Cash）、乔瓦尼·皮安托尼（Giovanni Piantoni）、多米尼克·科勒（Dominik Koller）、埃里克·哈格伦（Eric Halgren）和我共同发现，睡眠锭在皮层中是一种无处不在的，扫过皮层所有部分的电活动的循环行波（图15–7）。^[12]

我们称它们为“莱娅公主波”（Princess Leia Waves），因为它们看起来跟这位公主的发型很像（图15–8）。我们推测，睡眠锭可能是皮层将白天获得的新信息，与先前分布在皮层中的记忆相结合的一种方式，加强了它们之间的长距离连接。这是“BRAIN计划”推动的系统神经科学层次的众多研究项目之一。