关于大脑如何将感觉转化为精神对象的新理论

眼睛、耳朵和皮肤向大脑输入的信息随着我们的移动而不断变化。然而，我们的大脑认为世界上的物体是稳定的。大脑如何从快速变化的输入中学习世界的结构是一个谜。

发表在该杂志上的一篇新论文《新皮质中的列如何使学习世界结构成为可能的理论》神经回路前沿， Numenta的研究人员提出了一种新的理论大脑通过运动学习物体的模型。Numenta联合创始人杰夫•霍金斯表示:“基本理念很简单。“现有的关于大脑如何处理感官输入的想法仍然有效。我们提出了一个重要的成分被遗漏了，有了这个缺失的成分，大量关于大脑的谜团就可以解开了。”本文提出感觉输入对大脑来说是配对的位置信号。位置相对于对象被感觉到。例如，一条边在杯子上的特定位置成为一条边。当我们移动眼睛和手指时，大脑将物体的结构作为物体上位置的一组特征来学习。

研究副总裁Subutai Ahmad解释说:“科学家们怀疑这样的事情一定发生在大脑的某个地方。”“我们推断，它发生在整个新皮层，在每个皮层柱中。该理论预测，即使是大脑最初级的处理阶段也在学习和识别完整的物体。这令人惊讶;谁也没有想到。但一旦你知道要寻找什么，就有证据支持这一预测。”

该理论的另一个令人惊讶的结果是，大脑不只是学习一个物体的一个模型，而是学习许多并行模型，因为皮层中的每一列都学习完整的模型。该理论表明，在学习过程中，眼睛和皮肤的运动是必要的，但在学习之后，物体可以通过一瞥或手抓来识别。虽然每一列只能感知物体的一部分，但它们在一起可以达成共识。

这篇论文包括详细的模拟，与理论相关的解剖学和生理学证据，以及可测试的预测。

论文中提出的主要发现包括:

• 大脑会为任何给定物体的特征计算出一个“非中心”位置。它是分配中心的，因为位置相对于物体而不是相对于你。
• 每个皮层区域的特定层接收感官特征和分配中心位置作为输入，并计算特征-位置对。这些对被送入输出层，输出层形成对象的稳定表示。
• 皮层柱之间的横向连接使它们能够共享部分信息，从而更快地识别物体。

虽然这一理论是通过研究触觉得出的，但决定位置信号的神经结构存在于新皮层的每个部分，甚至在处理语言和高级思维的皮层区域。这暗示着所有的想法都与地点有关，即使这些地点并不对应于世界上的物理位置。这表明，我们的大脑操纵抽象概念的机制与我们操纵物理对象的机制相同。

“这篇论文中引入的理论令人耳目一新，将影响神经科学家对新皮层的看法。这项研究为整合运动和感觉模式提供了一种优雅的方法，并开辟了新的可能性，”苏黎世联邦理工学院神经技术实验室主席Mehmet Fatih Yanik教授博士说。

这个新理论是Numenta对大脑皮层进行逆向工程的总体目标的重要组成部分。Numenta之前的论文提出了神经元如何进行预测和检测异常，神经元层如何学习模式序列，以及为什么大脑中的活动是稀疏的。Numenta的部分任务是连接神经科学和人工智能世界。霍金斯指出:“我们相信大脑使用的原理，包括感觉运动理论在新的纸这对于创造通用人工智能和复杂的机器人技术至关重要。”