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。

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