Google 解決 AI 災難性遺忘問題：Nested Learning 讓 AI 擁有長期記憶能力

什麼是「災難性遺忘」？AI 的記憶困境

人工智慧在學習新任務時，往往會遺忘先前的知識，這種現象被稱為 「災難性遺忘（Catastrophic Forgetting）」。

舉例來說，若一個語言模型先接受英文寫作訓練，再學習程式設計，雖然它的程式能力提升了，卻可能導致英文表達能力下降。這說明模型缺乏「持續學習（Continual Learning）」能力——無法在吸收新資訊的同時，維持舊知識的穩定。

過去的解法如「凍結部分參數」或「正則化權重」只是權宜之計，並未真正模擬人類大腦能同時記憶、更新與遺忘的動態平衡。

Google Research 的最新突破——Nested Learning（嵌套學習），正是為了解決這個根本問題，讓 AI 能像人腦一樣長期學習、穩定記憶、靈活適應。

靈感來自人腦：多時間尺度的學習

人腦透過 Neuroplasticity（神經可塑性） 實現學習。不同神經連結在不同速度上變化：

• 有些連結變化快，負責短期記憶與反應；
• 有些變化慢，負責長期知識的穩定儲存。

這種「多時間尺度的更新機制」讓人類能在學習新事物時不忘舊知。Google 的目標是讓 AI 模型也具備這樣的多層次結構：
同時存在快速、適中與緩慢三種節奏的學習層，像人腦一樣在不同頻率上協同運作。

Nested Learning 的核心理念：多層學習系統

傳統深度學習將「模型架構」與「優化器（Optimizer）」視為兩個分離的部分，而 Google 的 Nested Learning 將兩者融合，提出一個嶄新的觀點：

「模型本身就是一組嵌套的學習過程（Nested Learners）。」

也就是說，一個 AI 模型不再是單一學習體，而是一組具有不同學習速度的小學習系統：

• 高頻層（Fast Layer）：快速更新，負責短期記憶。
• 中頻層（Medium Layer）：整合知識、適應情境變化。
• 低頻層（Slow Layer）：穩定長期記憶，防止舊知識流失。

這三層形成像「洋蔥」般的結構：外層快速反應、內層緩慢學習，整體共同維持模型的記憶連續性。

技術細節與創新機制

Architecture = Optimization Rule

Google 提出革命性假設：

模型架構與優化算法其實是一體的，只是位於不同嵌套層級上。

Transformer 的注意力機制（Attention）與 Adam、SGD 等優化器本質上都是「學習規則」，只是作用節奏不同。Nested Learning 統一這兩者，建立一種「層級式自學優化體系」，讓模型在不同時間尺度上同步學習。

Context Flow（上下文流）

每一層都有獨立的資訊通道，稱為 Context Flow。
它定義了該層要處理的資訊範圍與學習時間跨度。

Nested Learning 讓這些通道之間動態互通，從而形成穩定而靈活的知識整合機制。模型能根據任務需求，自動調整學習節奏。

Multi-time-scale Updates（多時間尺度更新）

這是 Nested Learning 的關鍵所在。
在傳統訓練中，所有參數的更新頻率一致；但在 Nested Learning 架構下，不同層的參數更新頻率不同：

• 高頻層：每步更新一次，用於快速適應新任務。
• 中頻層：每個批次更新一次，用於整合近期知識。
• 低頻層：每數千步更新一次，用於保留長期穩定知識。

這與人腦記憶的轉換過程極為相似——短期記憶在海馬體形成，再逐漸轉化為大腦皮層中的長期記憶。

Associative Memory（關聯記憶機制）

Nested Learning 將傳統反向傳播（Backpropagation）重新詮釋為一種「記憶映射過程」。
模型不只是學數據本身，而是學習「數據與錯誤之間的關聯」。

這與人腦的「驚訝機制（Surprise-based Memory）」類似：人類更容易記住異常或意外事件，而模型也會自動優先記憶誤差大的樣本，形成更具彈性的記憶權重。

Continuum Memory System（CMS，連續記憶系統）

Google 研究團隊進一步提出 CMS，將短期與長期記憶整合為連續的記憶譜系。

在 CMS 中：

• 每個記憶模組有不同的更新頻率；
• 所有模組形成連續的記憶空間；
• 模型能依任務需求，自由訪問不同時間跨度的知識。

這讓 AI 不再「二分」短期與長期記憶，而能在連續時間軸上進行知識調用。

實驗模型：Hope 的誕生

Google 用一個名為 Hope 的實驗模型驗證 Nested Learning 架構。
Hope 能自我修改，並依據任務的「驚訝程度」決定記憶優先順序：當模型遇到前所未見的資訊時，它會主動強化該知識的權重。

實驗結果顯示

• 在 長上下文推理（Long Context Reasoning） 任務中，Hope 的表現顯著優於所有現有模型。
• 在 知識保留測試 中，Hope 幾乎不會遺忘舊任務內容。

• 在 NIAH（Needle-in-a-Haystack） 任務中，展現出更強的記憶召回能力。

這證實了 CMS 結構與多層學習節奏能有效減少遺忘，並增強 AI 的長期記憶。

為何這項研究意義重大？

持續學習的里程碑

Nested Learning 讓 AI 能像人類一樣「一邊學新、一邊不忘舊」。
這將推動真正的 Continual Learning AI，開啟自我進化與長期知識積累的新紀元。

類人智能的躍進

嵌套學習的架構模擬人腦神經可塑性，讓模型的學習行為更具生物啟發性，是邁向「人工通用智能（AGI）」的重要一步。

自我優化 AI 的雛形

Nested Learning 不僅教 AI 學知識，更教它「如何學習」。
這意味著未來的 AI 可能會自主選擇最適合的學習策略，進一步提升自適應能力。

未來展望

Google 表示，Nested Learning 仍在早期階段，但潛力巨大。未來這項技術可能：

• 讓 AI 具備真正的「長期記憶」而非短暫緩存；
• 支援個性化學習風格與記憶策略；
• 實現能自我修正與優化的持續學習模型。

Nested Learning 不僅是技術創新，更是 AI 認知邏輯的轉變。
它代表著一個新的研究方向：從訓練 AI，到培養能學習的 AI。

Source

Google Research Blog – Introducing Nested Learning