Nezemljani bi ob obisku našega planeta opazili nekaj čudnega. Skoraj vsi ljudje preživijo pomemben del svojega dneva s posvečanjem stvarem, ki niso resnične. Ljudje se pogosto zanimajo za dogodke, ki se nikoli niso zgodili - bodisi v televizijskih oddajah, video igrah, romanih, filmih. Zakaj toliko pozornosti namenijo fikciji? Morda bi nezemljani lahko ob videnem domnevali, da so ljudje preveč neumni, da bi ločevali med resnico in lažjo. Ali pa so pozorni na neresnične dogodke iz istega razloga, zaradi katerega pojedo preveč skutinega peciva: oboje je nenaravni rezultat razvijanja interesov.

Zmeda tujcev se lahko še poglobi, ko izvedo, da ljudje zaspijo in sanjajo. Kajti sanje so prav tako izmišljotina. Sanje zahtevajo čas in energijo, zato imajo verjetno evolucijski namen. Nezemljani se lahko začnejo spraševati, kaj pomembnega zamujajo, ko ne doživljajo stvari, ki se nikoli niso zgodile.

Kot nekomu, ki je odraščal v knjigarni svoje družine in kot romanopiscu mi je vprašanje pomena izmišljotin še posebno drago, zapiše v The Scientist avtor članka Erik Hoel: "Mislim, da so namišljeni nezemljani v enakem položaju kot znanstvenik, ki poskuša pojasniti pomen sanj - in če poznamo biološki razlog za sanjanje, se lahko vprašamo, ali to velja za umetne sanje, ki jim pravimo fikcija. Kot nevroznanstvenik sem se ukvarjal s hipotezo, ki temelji na tem, kar smo se naučili o umetnih nevronskih mrežah, da bi sanje postale način za izboljšanje naše uspešnosti v budnem življenju - in ne le na način, kot bi morda mislili. Če imam prav, lahko sanje pojasnijo tudi nekaj te nenavadne človeške privlačnosti do nerealnega v stanju naše budnosti."

Čemu služijo sanje

Znanost, ki se ukvarja s sanjami, znana tudi kot oneirologija, je v prvih desetletjih 20. stoletja zelo slabo začela svoje delo, saj so jo povezovali z idejami Sigmunda Freuda o psihoseksualnem razvoju. Freud je trdil, da so sanje izraz potlačenih želja, te pa so po njegovem prepričanju posledica travmatičnih izkušenj v otroštvu. Te ideje so bile diskreditirane, vendar raziskave sanj niso nikoli zares ovrgle teh povezav.

Na srečo so v zadnjih desetletjih raziskave vedenja in nevroslikanja ponovno oživile to področje in nam omogočile vpogled v biološke mehanizme, na katerih temeljijo sanje. Zdaj vemo, da so sanje rezultat lokaliziranega streljanja nevronov, ki ga verjetno povzročajo številne povratne povezave možganov in niso odvisne od informacij zunanjih dražljajev. Sanje predstavljajo edinstveno fiziološko stanje, v katerem se spodbuja aktivnost, podobna tisti, ki jo vidimo, ko smo budni, medtem ko vedenje v bistvu prekinejo močni kemični sistemi, ki povzročajo paralizo.

Čeprav zdaj poznamo mehanizme sanjanja, pa imamo le malo vpogleda v njihovo delovanje. Nekateri trdijo, da nam ni treba razumeti, čemu služijo sanje. Morda so le stranski produkt spanja, ki se je morda razvil zaradi kakšnega drugega razloga, na primer za čiščenje presnovnega detritusa, ki ga ustvarja nevronska aktivnost. Toda to "ničelno hipotezo" sanj je spodbijala množica idej o tem, kako imajo sanje razvit namen. Ne nazadnje vsako noč več ur sanjamo v več različnih fazah.

Kako ustvariti spomine

Te hipoteze imajo na splošno težave z razlago posebne fenomenologije sanj, njihove edinstvene, zelo specifične narave, ki jih ločuje od izkušenj v budnem stanju. Sanje niso zelo bogate s podobami, saj večinoma nimajo živih senzoričnih podrobnosti iz budnega stanja. Sanje so halucinacijske, saj vsebujejo popačene koncepte in zaznave, ki so pristranski ali nerealistični. Sanje so pripovedne, saj so pravljične različice vrste dogodkov, s katerimi se lahko srečamo v resničnem življenju.

Razmislite o glavni hipotezi, da so sanje nekako vključene v proces shranjevanja spomina. Ta ideja temelji na metafori možganov kot računalniku: eksplicitni spomini se ustvarijo in nato shranijo na način, kot se kodirajo podatki na trdem disku. Nevroznanost že dolgo črpa tovrstne prispodobe, še preden se je imenovala tako. Toda včasih lahko metafore zavedejo svoje predlagatelje. V primeru spanja in spomina je dobro znano, da se po dobrem spancu lahko pojavijo različne izboljšave, na primer pri opravljanju nekaterih nalog, vendar je manj jasno, ali se bistveno izboljša tudi pomnjenje.

Kaj sploh pomeni nočno shranjevanje spomina? Najbolj jasna hipoteza o shranjevanju spomina in spanju temelji na študijah, ki kažejo, da se spomini v obliki specifičnih nevronskih zaporedij streljanja, ki jih vidimo, ko smo budni, včasih med spanjem pri sesalcih "ponovijo". Morda so sanje prav to: ponovitve spominov.

Medtem ko se zdi, da nevroni, ki se učijo, med spanjem povečajo pogostost streljanja, dve dejstvi nakazujeta, da ni tako. Prvo je, da je bilo predvajanje močneje povezano s spanjem, ki ni v fazi REM, kot s tistim v fazi REM, kjer se pojavljajo najintenzivnejše pripovedne sanje. Drugo dejstvo pa je, da ni jasno, ali se spomini med tako imenovano "ponovitvijo" predvajajo. Natančne študije so pokazale, da možgani v teh fazah pogosteje ustvarjajo še nikoli videne vzorce in ne prej videne vzorce budnosti.

Vedenjski dokazi so težava tudi za idejo, da so sanje nekako ponovitve spominov ali celo le stranski produkti integracije spominov. Če bi bilo tako, bi pričakovali, da bomo sanjali spomine, vendar je sanjanje o določenih prejšnjih spominih pravzaprav tako redko, da velja za patološko, pogosto je to celo znak posttravmatske stresne motnje.

"Kljub temu ni dvoma, da imajo sanje pomembno vlogo pri spominu in učenju. Pri tem se spominjam, kako sem se naučil žonglirati. Kot dodiplomski študent sem opravljal tečaj spomina in imel kot del domače naloge, da se v eni noči naučim žonglirati, nato pa usvojeno veščino predstavim pred razredom. Ves večer sem vadil, nemočno metal teniške žogice v zrak, a na koncu padel v posteljo z mislijo, da bom naslednji dan v zadregi. Ko sem se zbudil, sem takoj vstal, vrgel v zrak teniške žogice in ugotovil, da znam odlično žonglirati. To je bila neverjetna lekcija. Zdelo se je, da se je v času mojega spanja zgodilo nekaj, kar je temeljilo na moji izkušnji budnosti. Kljub temu težko sprejmem hipotezo, da sem med spanjem shranil ali predvajal spomine na svoje žongliranje. Ko sem šel spat, nisem mogel žonglirati. Kaj bi imel od tega, če bi ponovil svoje napake? Brez dvoma je najpomembneje, da sem sanjal o popolnem žongliranju. Verjetneje pa je, če sem sploh sanjal o žongliranju, da so bili to zelo redki halucinacijski drobci," pravi Erik Hoel.

To je podkrepljeno s študijami, pri katerih so udeleženci igrali igre, kot je tetris, v kateri so bili začetniki, poročali o sanjah, podobnih tetrisu - predstavljajte si padajoče bloke halucinacij - in ne o sanjah s ponovitvami igre tetris. Zdi se, da je najboljši način, da nekdo resnično sanja o nečem, če se nauči nove težke veščine, nato pa v tem pretirava - kot se je zgodilo pri večurnem igranju tetrisa.

Globoko učenje

Nov in vse bolj razširjen trend v nevroznanosti utegne prispevati k pojasnitvi vsega tega in ponuditi jasno razlago nenavadne fenomenologije sanj. Ta trend poskuša nauke globokega učenja in študije umetnih nevronskih mrež prenesti na možgane. Navsezadnje so razvoj teh tehnik navdihnili prav možgani in njihovo delovanje. Hkrati je to za zdaj edina skupina tehnik, s pomočjo katerih lahko stroji pri reševanju zapletenih problemov dosežejo kognitivne zmogljivosti, podobne človeškim.

Z vidika globokega učenja pri učenju ne gre za shranjevanje spominov na računalnik, ampak prej za fino uglaševanje ogromne, večplastne mreže povezav na inherentno omejeni niz podatkov o aktivnostih - "učni" podatkovni niz. Z vsako aktivnostjo, ki jo sistem zazna, se vzorec in zmogljivost mrežnih povezav izboljšata, dokler uspešno ne razčleni učnega podatkovnega niza, kar bi lahko bilo denimo klasificiranje slik, igranje igre ali vožnja avtomobila.

Mnogi upamo, da se bo ta sposobnost z obstoječega učnega podatkovnega niza razširila na nove, neznane podatkovne nize. Toda zadeva vedno ne deluje tako dobro, ker so učni podatkovni nizi pogosto na vse možne neopazne načine inherentno neobjektivni. Mreža je velikokrat tako fino uglašena na posebnosti nekega podatkovnega niza, iz katerega se uči, da se ne zmore razširiti na nove podatkovne nize. Gre za vseprisoten problem pri globokem učenju, ki mu pravimo prekomerno prilagajanje (angleško overfitting). Odpraviti so ga poskusili že s številnimi tehnikami. Pri večini gre za izpostavljanje mreže neke vrste stohastičnosti, z uvajanjem hrupa in naključnosti v sistem.

Ena od teh strategij je tako imenovana randomizacija domen, pri kateri so vneseni podatki med učenjem izkrivljeni na pristranski način, kar sproža halucinacije v omrežju. Da je to nujno, se je izkazalo, ko je podjetje OpenAI globoko nevronsko mrežo učilo upravljati humanoidno robotsko roko, da je lahko z njo sestavila Rubikovo kocko.

Upravičeno lahko domnevamo, da se tudi možgani soočajo s takšnim izzivom, to je s prekomernim prilagajanje​m. Možgani živali so ne nazadnje statistično dokaj samozadostni. Njihov "učni podatkovni niz" je omejen in precej neobjektiven. Toda žival se mora biti kljub temu sposobna prilagoditi novim in nepričakovanim okoliščinam z vidika fizičnega premikanja in odzivanja ter dojemanja in razumevanja. Ni si ji treba vsega do potankosti zapomniti; mora pa biti sposobna posplošiti omejeno število stvari, ki jih je videla in počela.

Hipoteza o prekomernem prilagajanju ​možganov (OBH) se glasi: živali, ki imajo zelo dobro sposobnost učenja, so nenehno izpostavljene tveganju, da se preveč dobro prilagodijo svojemu vsakodnevnemu življenju in nalogam.

Znanstveniki so med razvijanjem omenjene hipoteze preučevali, ali so morda sanje tiste, s katerimi bi lahko preprečili vsakodnevno prekomerno prilagajanje​. V skladu s hipotezo o tem so sanje pravzaprav "injekcije hrupa", katerih namen ni spodbuditi opravljanje stvari, ki smo se jih naučili v budnem stanju, ampak zmanjšati prilagajanje, povezano z naučenim.

Radomizacije domen ni mogoče izvajati na možganih v budnem stanju, ker se tedaj večina organizmov prebija skozi vsakdanje tvegane situacije in bi se pri tem nedvomno na številne načine poškodovali. Lahko pa izkoristimo obdobje brez povezave in povzročimo nekaj podobnega z ustvarjanjem maloštevilnih in halucinacijskih dražljajev, spodbujenih z neko aktivnostjo "od zgoraj navzdol", ki so podobni tistim ob dogodkih in dejanjih, s katerim bi se lahko žival srečala, vendar so popačeni in drugačni v primerjavi z vsakdanjimi. V skladu z OBH so sanje samoustvarjene popačene vhodne informacije. Učinek samega sanjanja pa je izboljšanje sposobnosti posploševanja in uspešnosti v budnem življenju. Drugače povedano: nekdo lahko gre spat, ne da bi znal žonglirati, zbudi pa se kot spretni žongler.

Prednost te hipoteze je, da fenomenologijo sanj jemlje resno in ne kot kak epifenomen ali nepojasnjeni stranski proizvod kakšnega drugega nevralnega procesa. Sanje so prav zaradi svoje nenavadne fenomenologije tako učinkovite pri preprečevanju prekomerne prilag​oditve. Čeprav se morda zdi čudno, lahko doživljanje stvari, ki je povezano z neko nalogo, vendar je povsem drugačno od nje, prispeva k povečanju naše uspešnosti. Če boste denimo sanjali, da letite, vam utegne to pomagati pri vzdrževanju ravnotežja med tekom. Izvajalci globokega učenja bi se morda lahko nekaj naučili od možganov in njihova prizadevanja za preprečevanje čezmerne prilagoditve za svoje umetne nevronske mreže naredili tako "sanjska", kolikor je mogoče.

Sanje v stanju budnosti

Seveda je vse to za zdaj bolj ali manj samo hipoteza, poleg vsega je nepreverjena. Veliko raziskav bo treba še opraviti, da bi lahko ocenili, kakšne so koristi sanj za vedenje in ali res prispevajo k zmanjšanju prekomernega prilagajanja, ki bi ga v skladu z OBH pričakovali pri ljudeh in živalih. Poleg tega je tudi sama fiziologija sanj - kako se sinapse spreminjajo med sanjanjem in kdaj začnemo sanjati med spanjem - še vedno predmet raziskav.

Toda če pogledamo sanje spomina in začnemo razmišljati o učenju kot o nizu kompromisov, pri katerem memoriziranje tekmuje s posploševanjem, je morda to, da se nečesa naučimo preveč dobro, enako slabo, kot če se ne bi naučili ničesar.

Če je to uporaben namen sanj in je hipoteza o prekomernem prilagajanju možganov pravilna, utegnejo umetne sanje, torej fikcija, deloma zadovoljiti to osnovno željo. "Svoj prvi roman z naslovom The Revelations, ki govori o zavesti in umoru, sem pisal deset let. Navedem lahko vse standardne kulturne razloge, zakaj je fikcija pomembna, zabavna, razodevajoča. Toda hipoteza o prekomernem prilaganju možganov nakazuje, da se za vsem skupaj skriva precej več. Morda je umetnost za nas prijetna tudi zaradi našega nenehnega prekomernega prilagajanja z realnostjo," razmišlja Erik Hoel.

V tem smislu pomanjkljiva, včasih halucinacijska, popačena nerealnost, ki jo prikazujejo pisatelji, filmarji in tudi šamani, zbrani okoli tabornega ognja, pomaga preprečevati, da bi naši um postal preveč osredotočen na določene stvari. Ne le da razširjajo "učni podatkovni niz", do katerega dostopamo, ampak počnejo to na načine, ki so v pomoč pri posploševanju in zato dojemanju na splošno.

"Morda hipotetični nezemljani ne bi bili tako zmedeni zaradi naše obsedenosti s fikcijo, če bi vedeli, za kaj gre. Hkrati ne bi bili presenečeni, da je z razvojem človeške civilizacije naše vsakdanje življenje postalo vedno bolj zapleteno in je bilo zato za nas lažje, da smo se mu pretirano prilagodili, dokler nismo več časa kot biološkim sanjam nameniti umetnim. Tako kot nam je kuhanje omogočilo spoznanje, da se prebava ne dogaja samo v želodcu, bi nam lahko fikcija omogočila, da v budnem življenju žanjemo koristi, ki jih prinašajo sanje," zaključi Erik Hoel v članku za The Scientist. (nr)