7.1: Вступ

Last updated
Save as PDF

Page ID: 72608

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Основи пізнання побудовані на сенсорно-моторному циклі - обробці сенсорних входів, щоб визначити, яку рухову дію виконувати далі. Це найосновніша функція будь-якої нервової системи. Людський мозок має величезну кількість таких петель, що охоплюють еволюційний часовий проміжок від найпримітивніших рефлексів в периферичній нервовій системі, аж до найбільш абстрактних і незрозумілих планів, таких як рішення подати заявку та відвідувати аспірантуру, яка, ймовірно, передбачає найвищі рівні обробка в префронтальній корі (ПФК) (або, можливо, якийсь базовий рівень божевілля... хто знає).

Правила навчання по всьому мозку
	Сигнал навчання			Динаміка
Площа	Нагорода	Помилка	Самостійна організація	Сепаратор	Інтегратор	атрактор
базальні ганглії	+++	—	—	++	-	—
Мозочок	—	+++	—	+++	—	—
Гіпокамп	+	+	+++	+++	—	+++
Неокортекс	++	+++	++	—	+++	+++

Таблиця\(7.1\): Порівняння механізмів навчання та динаміки активності/представництва по чотирьох первинних областях мозку. +++ означає, що площа, безумовно, дала властивість, з меншою кількістю + вказує на меншу впевненість та/або важливість цієї функції. — означає, що область, безумовно, не має даної властивості, знову ж таки, з меншою кількістю - вказує на меншу впевненість або важливість.

Малюнок\(7.1\): Ілюстрація ролі базальних гангліїв у відборі дії - кілька можливих дій розглядаються в корі, і базальні ганглії вибирають найкращий (найбільш корисний) один для фактичного виконання. Репродуковано з Gazzaniga та ін. (2002).

У цьому розділі ми завершуємо цикл, який розпочався в попередньому розділі про сприйняття та увагу, охоплюючи кілька найважливіших систем виведення та управління двигунами та механізми навчання, які керують їх поведінкою. На підкірковому рівні мозочок і базальні ганглії є двома основними руховими контрольними областями, кожна з яких має спеціально адаптовані механізми навчання, що відрізняються від механізмів коркового навчання загального призначення, описаних у Механізмах навчання розділ (див. Порівняння та контрастність основних областей мозку для високого рівня резюме цих відмінностей — тут відтворюється ключова підсумкова таблиця (Таблиця\(7.1\))). Базальні ганглії спеціалізуються на вивченні сигналів винагороди/покарання порівняно з очікуваннями на винагороду/покарання, і це навчання потім формує вибір дій, який організм зробить за різних обставин (вибираючи найбільш корисні дії та уникнення покарання; рис. 7.1). Ця форма навчання називається навчанням підкріплення. Мозочок спеціалізується на вивченні помилок, зокрема помилок між сенсорними наслідками, пов'язаними з руховими діями, щодо очікувань цих сенсорних результатів, пов'язаних з цими руховими діями. Таким чином, мозочок може вдосконалити виконання заданого рухового плану, зробити його більш точним, ефективним і злагодженим.

Тут є приємний поділ праці, де базальні ганглії допомагають вибрати одне з безлічі можливих дій для виконання, а мозочок потім стежить за тим, щоб обрана дія виконана добре. Відповідно до цього досить чіткого поділу праці, немає прямих зв'язків між базальними гангліями та мозочком — натомість кожен працює у взаємодії з різними областями в корі, де формулюються та узгоджуються плани дій. І базальні ганглії, і мозочок щільно пов'язані між собою з лобовою корою, включаючи рухові контрольні ділянки в задній лобовій корі, і передньої до них префронтальної кори. Крім того, як обговорювалося в попередньому розділі, тім'яна кора важлива для відображення сенсорної інформації на рухові виходи (тобто шлях «як»), шляхом обчислення таких речей, як просторові карти та відносні просторові відносини між об'єктами в навколишньому середовищі. Таким чином, тім'яні уявлення приводять в дію виконання рухової дії, узгодженої мозочком, а мозочок також щільно взаємопов'язаний з тім'яної корою. На відміну від цього, базальні ганглії рухаються набагато більшою мірою через вентральний шлях «яка» інформація, яка вказує на види корисних предметів, які можуть бути присутніми в навколишньому середовищі (наприклад, певний тип їжі). Вони також отримують певний вхід від тім'яної, але тільки не в тій мірі, що мозочок робить.

Як мозочок, так і базальні ганглії мають складну дезінгібуючу вихідну динаміку, яка виробляє ефект, подібний до гетингу на ділянки мозку, які вони контролюють. Наприклад, базальні ганглії можуть дезінгібувати нейрони в конкретних ядрах таламуса, які мають двонаправлені збудливі контури через фронтальну і префронтальну області корки. Чистий ефект цього розгальмування полягає в тому, щоб дозволити дії продовжити, не вказуючи жодної деталі щодо того, як виконати цю дію. Це те, що мається на увазі під воротами - те, що широко модулює потік інших форм активації. Мозочок аналогічно дезінгібує тім'яні і фронтальні нейрони, щоб впливати на його форму точного контролю над формою рухових дій. Він також проектує безпосередньо на рухові виходи в стовбурі мозку, що не відповідає дійсності більшості базальних областей гангліїв.

Ми починаємо главу з базальної системи гангліїв, включаючи механізми навчання підкріплення (які також включають інші ділянки мозку). Потім ми представляємо мозочкову систему та її унікальну форму навчання, керованого помилками. Кожен розділ починається з огляду відповідної нейробіології кожної системи.