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皮层与小脑:两项研究,一项讲运动学习,一项讲表征改变

第一项研究把预测和内部反馈回路接在一起,运动学习速度提高了一个数量级。第二项研究提出,不做物理刺激也能改变大脑里的表征。

科学新闻郑雪莉发布: 2026年9月25日6 分钟阅读资料来源 2
皮层与小脑:两项研究,一项讲运动学习,一项讲表征改变

反馈有延迟时怎么稳住控制,机器人学和神经科学都头疼。经典的小脑模型用前向预测解释延迟补偿,却说不清生物体内那种快速的在线校正和同样快的适应从哪来。

预测加反馈

Ana Carolina Filipe、Rui Ponte Costa 和 Cláudia Soares 提出一套受小脑启发的控制方案,把多路复用的预测表征和内部反馈接在一起。编码器同时共享运动学变量和与任务相关的误差信号。反馈信号虽然延迟,运动仍能被精确校正。作者发现,只要把小脑回路里的反馈接进环路,适应就明显加快,学习时间缩短了一个数量级。结果还显示,有延迟时单靠一种信号做预测不够。多路复用和反馈合在一起,才构成一套机制,既能在线控制,又能快速学习。

不刺激也能改变表征

第二项研究问的是另一个问题。神经精神病学里,目标常常不是读出大脑活动,而是改变它,比如削弱负面的情感效价,或者削弱固化过度的记忆。Marco Rothernel 的团队提出一套基于机器学习的神经替代模型框架。它给出候选的表征改变,再根据刺激诱发的 fMRI 活动图像检验预测的知觉效果,全程不做物理刺激。方案把 fMRI 解码、深度生成建模和隐空间里的带约束控制结合起来。效价和可记忆性在这里只是工作示例。

数据来自 Natural Scenes Dataset,四名被深度研究的参与者提供了超过 3.6 万次图像与 fMRI 配对观测。按个人拟合的模型重建出视觉皮层的粗略生成结构,双向识别任务中得分 0.79 至 0.88,随机水平是 0.5。分级扰动被重建为图像,由自动评分器评估,也由 18 名参与者做了 7200 次试验的人类评分。基础模型里,效价从 -0.61 个标准差移到 +1.03 个标准差,可记忆性从 -1.34 个标准差移到 +1.45 个标准差。人类评分中,效价朝预测方向移动,平均斜率为每个系数单位 0.038 个标准差,置信区间 0.003 至 0.074,18 名参与者中有 16 人呈正值。感知到的可记忆性没有可靠变化。

作者把局限摆了出来,没有回避:与自动评分器的一致性,对效价只是提示性的,对可记忆性则很弱。极端扰动又偏离了原始刺激,所以预期的改变得和保真度的损失一起权衡。这不是现成的疗法,而是一件可检验的工具,用来设计未来神经调控的候选目标,并对它们做行为学测试。

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资料来源

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  1. 01Error- and Prediction-Driven Motor Learning in the Cortico-Cerebellar LoopEN
  2. 02AI-driven neural-surrogate framework for testing candidate representational changes from fMRIEN

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本内容由编辑部在人工智能辅助下制作完成。

郑雪莉

郑雪莉

科学与健康

郑雪莉负责FLASH24科学与健康版块,日常从论文预印本、期刊官网和机构通报中抓取信息,只盯数据来源和实验设计是否站得住。她习惯把每项统计数字与原始数据集交叉比对,遇到百分比先算清分母再决定是否采用。她常联系一线研究人员核实细节,也会在日历上标记大型队列研究的发布节点,提前比对不同团队的结果。私下她学材料物理,还自己架望远镜观测,这让她对测量误差和观测条件格外敏感。她有一条硬规矩:样本量、利益冲突或方法说明缺一项,稿子就不发。

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