做夢(mèng)對(duì)人類(lèi)有什么意義？神經(jīng)科專(zhuān)家探討夢(mèng)的奧秘

神經(jīng)科學(xué)研究人員近期發(fā)現(xiàn)人們睡眠中做夢(mèng)遠(yuǎn)比以往認(rèn)為的只是強(qiáng)化學(xué)習(xí)功能要復(fù)雜得多。了解夢(mèng)的機(jī)制還可能幫助我們解釋為什么人們都喜歡閱讀科幻小說(shuō)。試想一個(gè)外星人到訪地球，當(dāng)他看到地球上這么多人在一天的時(shí)間中花很多時(shí)間在一些不真實(shí)的事情上，他一定理解不了而且會(huì)覺(jué)得很奇怪。

人類(lèi)往往對(duì)眾多從來(lái)沒(méi)有發(fā)生過(guò)的事情賦予過(guò)多的關(guān)注，比如看一部連續(xù)劇、玩視頻游戲、閱讀一本科幻小說(shuō)等，如果硬要他去解釋?zhuān)欢〞?huì)覺(jué)得地球上的人太愚蠢了,連真假都不能分辨。如果這些外星人知道人在睡眠中還會(huì)做夢(mèng)，他一定更不能理解。每一個(gè)夢(mèng)都是一個(gè)虛構(gòu)的場(chǎng)景。做夢(mèng)要消耗時(shí)間和能量，所以從生物進(jìn)化角度上看它一定有意義。

那么，夢(mèng)中的那些從來(lái)沒(méi)有發(fā)生過(guò)的故事意義到底在哪兒呢?如果外星人像我們地球上的科學(xué)家一樣對(duì)每一個(gè)解釋不了的現(xiàn)象都要先提出一個(gè)假說(shuō)，他可能會(huì)說(shuō)如果我們能夠鑒定出一些人類(lèi)需要做夢(mèng)的生物學(xué)依據(jù)，那我們就可以進(jìn)一步把它應(yīng)用到人工智能(人工夢(mèng))上面來(lái)。從一個(gè)神經(jīng)生物學(xué)科學(xué)家的角度上來(lái)看，如果我們能夠找到一些睡眠做夢(mèng)能夠改善人類(lèi)清醒狀態(tài)下某些特定功能的生物學(xué)證據(jù)，那它對(duì)于未來(lái)設(shè)計(jì)人工智能一定會(huì)有巨大幫助。如果這個(gè)假說(shuō)成立，它可能還會(huì)幫助解釋為什么人類(lèi)對(duì)不真實(shí)的科幻小說(shuō)情有獨(dú)鐘。

研究、解析夢(mèng)是一門(mén)獨(dú)特的學(xué)科，在20世紀(jì)初就頗為盛行。談起這個(gè)領(lǐng)域就不能不提現(xiàn)現(xiàn)代心理學(xué)的鼻祖西格蒙德·弗洛伊德。他的理論是夢(mèng)和一個(gè)人的性和心理發(fā)育密切相關(guān),他認(rèn)為夢(mèng)的緣由是早年的創(chuàng)傷經(jīng)歷引起人們對(duì)自然欲望的壓抑，這種欲望會(huì)在夢(mèng)中自然流露出來(lái)。雖然后期的研究部分否決了這種說(shuō)法，但是這種關(guān)聯(lián)的可能性從此就深植在人們的腦海中。

在過(guò)去幾十年，神經(jīng)影像和行為學(xué)研究為夢(mèng)的生物學(xué)機(jī)制研究又注入了新的活力?，F(xiàn)在認(rèn)為夢(mèng)是由大腦的眾多神經(jīng)通路中一部分神經(jīng)元放電所致，夢(mèng)的生成并不依賴(lài)任何外部的刺激和信息輸入。夢(mèng)使人處于一種特殊的神經(jīng)生理狀態(tài),做夢(mèng)時(shí)大腦神經(jīng)元的活動(dòng)度和人們清醒狀態(tài)時(shí)類(lèi)似，但夢(mèng)中并無(wú)行為動(dòng)作，這應(yīng)該是被一種強(qiáng)有力的化學(xué)體系所抑制而產(chǎn)生的麻痹現(xiàn)象?，F(xiàn)代科技雖然使人們了解了部分夢(mèng)的神經(jīng)生理機(jī)制，但做夢(mèng)到底有什么功能?我們所知甚少。有人認(rèn)為沒(méi)有必要去了解睡眠中做夢(mèng)到底是為了什么，夢(mèng)很有可能就是睡眠的一種副產(chǎn)品，比如是清除神經(jīng)元活動(dòng)代謝廢物的產(chǎn)物。這個(gè)說(shuō)法并不能為大多數(shù)學(xué)者所接受。不管怎么說(shuō)我們每一個(gè)人晚上在數(shù)小時(shí)的睡眠中的特定時(shí)段都在做夢(mèng)，說(shuō)它沒(méi)有意義的卻難以服人。那么做夢(mèng)能不能產(chǎn)生或增強(qiáng)記憶?夢(mèng)中的場(chǎng)景有幾個(gè)鮮明的特點(diǎn)，它是獨(dú)特的又是具體的，夢(mèng)中的場(chǎng)景和我們清醒狀態(tài)下的體驗(yàn)完全不同。這些難以用僅僅增強(qiáng)記憶來(lái)解釋。有時(shí)夢(mèng)的內(nèi)容又是稀疏的，它并不包含我們?cè)谇逍褷顟B(tài)下那些鮮活的感受和感知。在這個(gè)意義上也可以把夢(mèng)理解為一種幻覺(jué)。因?yàn)閴?mèng)中常常有一些不真實(shí)的，或者說(shuō)扭曲的場(chǎng)景。但它又是我們現(xiàn)實(shí)生活中一些事件的虛幻版本。

關(guān)于夢(mèng)最流行的一個(gè)假說(shuō)就是記憶存儲(chǔ)學(xué)說(shuō)，它把大腦比喻成一臺(tái)復(fù)雜的計(jì)算機(jī)，它不僅可以產(chǎn)生特定的記憶并可以?xún)?chǔ)存這個(gè)記憶，就像我們?cè)谟?jì)算機(jī)硬盤(pán)里存儲(chǔ)數(shù)據(jù)一樣。但是在現(xiàn)實(shí)生活中，睡眠和記憶的關(guān)系遠(yuǎn)非如此單純。一個(gè)疲倦的人睡一晚上好覺(jué)后，第2天身體的多種技能都可以大大提升。但睡好覺(jué)后，記憶一系列數(shù)字這個(gè)特定功能是否有大幅度明顯改善并不明了。關(guān)于睡眠和記憶存儲(chǔ)的假說(shuō)主要是源于在一些動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)在哺乳類(lèi)動(dòng)物清醒狀態(tài)下，一些神經(jīng)通路的活動(dòng)在睡眠期間有重放現(xiàn)象。那么夢(mèng)會(huì)不會(huì)就是記憶在大腦中的重播?神經(jīng)生理學(xué)研究顯示有學(xué)習(xí)功能的神經(jīng)元在睡眠當(dāng)中有增加放電頻率的趨勢(shì);但也有一些實(shí)驗(yàn)結(jié)果并不支持這個(gè)假說(shuō)，比如這種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的重播現(xiàn)象多發(fā)生在非快速動(dòng)眼期睡眠(Non-REM)，而并不是發(fā)生于快速動(dòng)眼期睡眠(REM)。而事實(shí)是做夢(mèng)通常是發(fā)生在睡眠的快速動(dòng)眼期。還有一個(gè)疑惑就是夢(mèng)的內(nèi)容好像并非是記憶的重放，因?yàn)閴?mèng)中的景象往往是在現(xiàn)實(shí)生活中從來(lái)沒(méi)有見(jiàn)到過(guò)的場(chǎng)景。行為學(xué)研究也證明夢(mèng)并非是記憶在大腦中的簡(jiǎn)單重放，或者說(shuō)是記憶集成的產(chǎn)物，因?yàn)閴?mèng)中的場(chǎng)景和現(xiàn)實(shí)生活中的場(chǎng)景往往有巨大差距。如果夢(mèng)中的景象非常接近真實(shí)場(chǎng)景，醫(yī)生往往認(rèn)為這是病理性的而非生理性的現(xiàn)象，比如它可能是創(chuàng)傷后應(yīng)激反應(yīng)綜合征(PTSD)的一部分。

關(guān)于夢(mèng)有一點(diǎn)是勿容置疑的就是它和記憶、學(xué)習(xí)有關(guān)聯(lián)。我們經(jīng)?？梢月?tīng)到類(lèi)似的故事，比如有的學(xué)生有一天被要求學(xué)習(xí)雜耍-雙手拋三球，并要求他第二天在全班面前表演。他整天刻苦練習(xí)直到半夜仍掌握不了其技巧，扔不了四、五個(gè)球就會(huì)掉到地上。最后實(shí)在太困了只能先去睡覺(jué)，睡前他覺(jué)得第二天一定會(huì)在全班面前出丑。早晨醒來(lái)后再試一下，他可以連續(xù)拋球一分多鐘而不失誤，連他自己都感覺(jué)難以置信。類(lèi)似的經(jīng)歷說(shuō)明在睡眠期間一定發(fā)生、強(qiáng)化了學(xué)習(xí)經(jīng)歷，而且這些是基于他清醒狀態(tài)下的經(jīng)歷又有了進(jìn)一步的提升。這個(gè)案例也說(shuō)明睡眠中的夢(mèng)并非是簡(jiǎn)單的重播記憶，因?yàn)樗X(jué)前的學(xué)習(xí)經(jīng)歷是個(gè)失敗的經(jīng)驗(yàn)，如果僅是反復(fù)重播失敗的經(jīng)歷又于事何補(bǔ)呢?如果再以玩視頻游戲?yàn)槔?，俄羅斯方塊(Tetris)是由阿列克謝-帕基特諾夫于1984年開(kāi)發(fā)的一款游戲，由多個(gè)方塊組成的不同形狀的物體從屏幕上方緩慢下落，你要在短時(shí)間內(nèi)識(shí)別，判斷它和下方哪個(gè)地方的形狀相吻合，并把它快速挪到那個(gè)方向，形狀契合率越高得分越高。因?yàn)檫@款游戲簡(jiǎn)單、又極具深度，一時(shí)風(fēng)靡全球，各地還成立了不少俄羅斯方塊發(fā)燒友會(huì)。這些發(fā)燒友經(jīng)常會(huì)夢(mèng)到類(lèi)似俄羅斯方塊狀的物體在夢(mèng)中下落，但這些物體又和玩游戲時(shí)的真實(shí)場(chǎng)景不同。這個(gè)案例可以說(shuō)明如果你想在夢(mèng)中夢(mèng)到一種特殊的場(chǎng)景，那你就去學(xué)一個(gè)困難的、新的技巧，反復(fù)練習(xí)、實(shí)踐。玩俄羅斯方塊的年輕人往往連續(xù)坐在計(jì)算機(jī)前數(shù)小時(shí)，甚至通宵達(dá)旦。

仿生學(xué)的一些想法和技巧就是從研究生物的大腦所獲得。人工智能深度學(xué)習(xí)所設(shè)計(jì)的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)也是如此。要使計(jì)算機(jī)能夠具有部分人類(lèi)的認(rèn)知和行為功能，仿生恐怕是必經(jīng)之路。從深度學(xué)習(xí)角度來(lái)看，學(xué)習(xí)過(guò)程遠(yuǎn)不是僅在計(jì)算機(jī)上存儲(chǔ)記憶那么簡(jiǎn)單。深度學(xué)習(xí)一定是要在復(fù)雜的、多層次的信息網(wǎng)絡(luò)中不斷地做微調(diào)，才能在已知數(shù)據(jù)并不完整的情況下對(duì)未知情況做出一個(gè)判斷。那么當(dāng)面對(duì)一個(gè)全新的場(chǎng)景時(shí)，人工智能只能根據(jù)已有的數(shù)據(jù)和模型來(lái)判斷它與全新場(chǎng)景的相似性。這就不可避免的形成人工智能依賴(lài)已知數(shù)據(jù)、模型的偏見(jiàn)。這就是所謂的“過(guò)度擬合”理論，一個(gè)人工智能深度學(xué)習(xí)中普遍存在的問(wèn)題。要解決這個(gè)問(wèn)題就要讓人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)多接觸一些完全隨機(jī)的場(chǎng)景和案例，這就好比是在人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)上出示多種幻覺(jué)。比如用人工智能指揮機(jī)器人在各種不同的情況下轉(zhuǎn)魔方。動(dòng)物要生存就必須適應(yīng)環(huán)境，對(duì)于已經(jīng)經(jīng)歷過(guò)的一些場(chǎng)景，動(dòng)物會(huì)有特定的反應(yīng)。但對(duì)于沒(méi)有經(jīng)歷過(guò)的情況，就只能基于已有的經(jīng)歷在認(rèn)知、理解、行為反應(yīng)方面去做一個(gè)普適化的判斷。既往的經(jīng)歷越多，判斷就越趨準(zhǔn)確;但經(jīng)歷越多，判斷依賴(lài)已有模型和數(shù)據(jù)的偏見(jiàn)也越大。這就是所謂的“過(guò)度擬合”理論的核心所在。

如果用“過(guò)度擬合”理論來(lái)詮釋夢(mèng)就可以把夢(mèng)想像成一個(gè)對(duì)抗“過(guò)度擬合”的機(jī)制。因?yàn)閴?mèng)中的場(chǎng)景均系隨機(jī)場(chǎng)景。為什么不能在動(dòng)物清醒的狀態(tài)下嘗試這些隨機(jī)的場(chǎng)景?因?yàn)樵谇逍褷顟B(tài)下，動(dòng)物生存都有一定之規(guī)，如果偏離常規(guī)，動(dòng)物經(jīng)常會(huì)受到嚴(yán)重傷害。但當(dāng)它們休息和睡眠時(shí)，可以展現(xiàn)多種和清醒狀態(tài)下相關(guān)又不同的場(chǎng)景或稱(chēng)之為幻覺(jué)場(chǎng)景。那么夢(mèng)的各種特性，在“過(guò)度擬合”理論中，其功能可能正是如此。夢(mèng)境可以為人類(lèi)提供多種以前從未見(jiàn)到過(guò)的場(chǎng)景，從而協(xié)助人們做出普世化的判斷。這也可能就是為什么學(xué)雜耍的人，雖經(jīng)反復(fù)訓(xùn)練但睡覺(jué)前還不掌握，睡眠后功能大幅提升成為可能。這個(gè)假說(shuō)把夢(mèng)定義為賦予某種特定功能的必要機(jī)制，而決非僅僅是一個(gè)睡眠的次要產(chǎn)物。確實(shí)做夢(mèng)這種不尋常的現(xiàn)象很有可能就是修正“過(guò)度擬合“的好方法。在一項(xiàng)作業(yè)中，如果你有相關(guān)但又和此項(xiàng)作業(yè)完全不同的經(jīng)驗(yàn)，都會(huì)對(duì)完成這項(xiàng)工作有幫助。在夢(mèng)境中飛翔就有可能提升你在跑步時(shí)的平衡功能?？茖W(xué)家設(shè)計(jì)能深度學(xué)習(xí)的”人工夢(mèng)“時(shí)應(yīng)該能從這類(lèi)夢(mèng)境如何修正“過(guò)度擬合”中學(xué)到不少東西。下一步如何證實(shí)夢(mèng)境確實(shí)是“過(guò)度擬合“的一個(gè)機(jī)制還有很多工作要做，比如在夢(mèng)中神經(jīng)通路上的神經(jīng)元突觸都會(huì)發(fā)生哪些變化就值得進(jìn)一步的研究探討。

如果夢(mèng)真是為某種特定功能服務(wù)，那么研究和設(shè)計(jì)白日夢(mèng)(“人工夢(mèng)”)看起來(lái)就并非并那么虛幻了。人們?yōu)槭裁磳?duì)藝術(shù)和虛幻小說(shuō)那么癡迷?可能它們都是時(shí)時(shí)在不斷修正與現(xiàn)實(shí)的“過(guò)度擬合”吧。從此觀點(diǎn)看，那些作家和導(dǎo)演創(chuàng)作的虛幻、脫離現(xiàn)實(shí)的作品，它們的意義在于不光是增加大腦內(nèi)信息數(shù)據(jù)庫(kù)的量，還應(yīng)該增加了分析數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容后總結(jié)出普適判斷的能力，從而增加認(rèn)知的視角。如果外星人了解到這些，他們就不會(huì)為人類(lèi)為何如此癡迷于虛幻故事所奇怪。隨著人類(lèi)文明的不斷進(jìn)步，日常生活變得越來(lái)越趨復(fù)雜，“過(guò)度擬合”現(xiàn)象也會(huì)越來(lái)越泛濫。但是如果我們能學(xué)會(huì)如何做“人工夢(mèng)”來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，就像當(dāng)年發(fā)明了烹調(diào)術(shù)徹底改變了人的消化功能，或許未來(lái)人們不再需要睡眠中的夢(mèng)，在清醒狀態(tài)下就能夠通過(guò)“人工夢(mèng)”來(lái)修正“過(guò)度擬合”這類(lèi)問(wèn)題。