今天小編分享的科學經驗：大腦存在内部“世界模型”，快速眼動睡眠期間就會運行，歡迎閱讀。
睡覺做夢，大腦實際上會運行一個内部 " 世界模型 "！
有沒有童鞋平時做夢經常分不清夢境和現實，有時夢境過于逼真，再帶點恐怖，被吓醒也是常有的事。
加州大學舊金山分校兩位神經科學家最近做的一項研究，引發關注。
他們指出在動物進入多夢的睡眠階段，大腦會運行一個内部 " 世界模型 "模拟和外界的互動。
實驗結果給出了有力證明，即使睡眠中沒有實際運動發生，大腦也會模拟運動指令，展現出和清醒狀态類似的腦活動。
這項研究剛 po 出，就被不少學者點贊轉發。
還有網友聯想到，将 " 夢境模拟 " 方式運用到 AI 中，解決訓練數據不足的問題：
睡覺時大腦活動與清醒時非常相似
做生動的夢大多發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，大腦是如何模拟動作及其結果的，研究人員用小鼠做了實驗，重點關注了大腦中的兩個關鍵區網域：
上丘（SC）和丘腦前背側核（ADN）。SC 是負責定向運動的運動指令中心，而 ADN 則包含了所謂的 "頭部方向細胞"，這些細胞能夠反映動物頭部的朝向。
首先，研究人員記錄了清醒狀态下小鼠左側上丘的神經活動。他們發現，約一半的上丘神經元在頭部轉動時會顯著改變活動，這些神經元被稱為 " 轉向細胞（turn cells）"。
大多數轉向細胞偏好順時針轉動，當多個順時針轉向細胞同時激活（稱為 " 群體轉向事件 "）時，動物進行順時針頭部轉動的概率顯著增加。
接下來，研究人員比較了清醒狀态和 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态非常相似。" 群體轉向事件 " 在 REM 睡眠中也能觀察到，甚至頻率略高于清醒狀态。
也就是說，即使在睡眠中，上丘仍在發出類似于清醒狀态下的運動指令。
為了理解這些睡眠中的 " 運動指令 " 是否會影響大腦的内部表征，研究人員同時記錄了 ADN 中頭部方向細胞的活動。
他們開發了一個解碼器，可以根據 ADN 的神經活動推斷頭部方向。在清醒狀态下，這個解碼器能夠準确預測實際的頭部方向。
結果，當應用于 REM 睡眠數據時，解碼器顯示了 " 虛拟頭部轉動 " ——
盡管動物保持靜止，但大腦中頭部方向的内部表征仍在發生變化。
為了證明上丘活動與虛拟頭部轉動之間的因果關系，研究人員使用河豚毒素（TTX）藥物阻斷了小鼠右側上丘的活動。
結果又顯示，這種阻斷導致 REM 睡眠中順時針方向的虛拟頭部轉動顯著增加，甚至出現連續的 360 ° 順時針虛拟轉動。
這些發現表明，在 REM 睡眠期間，大腦會模拟動作及其結果，即使這些動作并未真正執行。
大腦内部的 " 世界模型 "
研究人員推測，這種模拟可能依賴于大腦内部的模型，而不是外部的感覺反饋。
頭部運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。
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，這種現象可能反映了大腦在睡眠中進行的一些認知活動。
患有單側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。有趣的是，這些患者在 REM 睡眠期間的快速眼動表現出傾向于向他們通常忽視的那一側移動。
這表明，即使在睡眠中，這些患者的大腦也在某種程度上模拟或重現了他們在清醒時的認知模式。
此外，還有研究推測REM 睡眠本身有助于内部模型的形成和完善。
因此研究人員表示，可以設想在 REM 睡眠期間觀察到的協調 SC 和 ADN 活動的内部模型也可能在清醒動物中起作用。
這将允許大腦在執行 SC 發出的運動指令之前預測頭部方向的變化，從而實時估計頭部方向，而不是依賴于前庭系統的感覺反饋。
而如果這一模型确實在清醒狀态下起作用，那麼大腦就需要有一種機制來識别預測的頭部方向變化和實際變化之間的差異，并據此調整預測來糾正可能出現的錯誤。
然而有趣的是，在 REM 睡眠期間，這種錯誤信号被抑制。在沒有這種信号的情況下，我們的大腦就可以自由地根據内部模型進行模拟，不受實際感官輸入的糾正。
這種自由模拟的能力可能是我們在 REM 睡眠或類似狀态下，大腦創造性思維和夢境生成的基礎。
這項研究公布後引起了不小的關注。睡覺其實是大腦在做 " 訓練 " 這個觀點，也被不少網友讨論：
睡眠可能是一種訓練過程。在這個過程中，我們的大腦需要判斷信息是來自真實世界還是它自己通過訓練形成的神經網絡。當我們無法區分現實和虛構時，訓練就完成了。
我們做的那些不切實際的冒險夢可能并不是為了訓練我們如何應對不切實際的冒險。可能是為了訓練我們大腦中那些我們沒有直接意識到的更深層次的機制。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。
對此你有什麼看法？
參考鏈接：
[ 1 ] https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.08.13.607810v1
[ 2 ] https://news.ycombinator.com/item?id=41284873
[ 3 ] https://x.com/yutasenzai/status/1824652175286603979
