A neurális számítások geometriája egyesíti a munkamemóriát és a tervezést 1. rész

A valós feladatokhoz szükség van a munkamemória, a döntéshozatal és a tervezés koordinációjára, ám ezeket a kognitív funkciókat aránytalanul sokat tanulmányozták független, moduláris folyamatokként az agyban. Itt azt javasoljuk, hogy a kontingencia-reprezentációk, amelyek leképezésként határozzák meg, hogy a jövőbeli viselkedés hogyan függ a közelgő eseményektől, egységesítsék a munkamemóriát és a tervezési számításokat.

A független modularizáció a dolgok kezelésének és szervezésének egy olyan módját jelenti, amely a feladatok kezelését és végrehajtását hatékonyabbá és kényelmesebbé teszi azáltal, hogy független és újrafelhasználható modulokra bontja azokat. Az emlékezet az egyén képességére utal, hogy tanuljon, emlékezzen és felhasználja az információkat, ami rendkívül fontos a személyes fejlődés és a siker szempontjából.

Bár úgy tűnik, hogy a független modularitás és a memória nem állnak közvetlenül kapcsolatban egymással, szoros kapcsolat van a kettő között. A független modularizálás segíthet abban, hogy jobban rendszerezzük és kezeljük az információkat, és könnyen érthető és megjegyezhető modulokra bontjuk. Például, amikor egy kurzust tanulunk, azt különféle modulokra bonthatjuk, például tanulási célokra, fontos fogalmakra, gyakorlatokra stb. Ez nemcsak abban segít, hogy jobban megértsük és emlékezzünk az információkra, hanem hatékonyabban tanuljunk és sajátítsunk el ismereteket.

Emellett a független modularizáció abban is segíthet, hogy jobban megtervezzük és beosztjuk az időt az idő és az erőforrások jobb kihasználása érdekében. Ha a feladatokat független modulokra bontjuk, jobban meg tudjuk becsülni az egyes modulok idő- és erőforrásigényét, és szükség szerint rangsoroljuk őket. Ez lehetővé teszi számunkra, hogy jobban kontrolláljuk az időnket, növeljük a termelékenységet, és ezáltal jobban elérjük a személyes és szervezeti célokat.

Összefoglalva, a független modularitás és a memória kiegészítik egymást, és a kettő közötti kapcsolat nagyon szoros. A független modularitás segíthet az információk jobb rendszerezésében és emlékezésében, javítva a személyes és szervezeti termelékenységet és eredményeket, míg a memória segíthet az információk jobb elsajátításában és alkalmazásában, ezáltal személyes és szervezeti fejlődést és sikereket érhetünk el. Ezért aktívan ápolnunk és fejlesztenünk kell független modularizációs és memóriaképességünket, hogy jobban elérjük személyes és szervezeti céljainkat. Látható, hogy javítanunk kell a memóriánkat. A Cistanche deserticola jelentősen javíthatja a memóriát, mert a Cistanche deserticola szabályozhatja a neurotranszmitterek egyensúlyát is, például növeli az acetilkolin és a növekedési faktorok szintjét. Ezek az anyagok nagyon fontosak a memória és a tanulás szempontjából. Emellett a hús javíthatja a vérkeringést és elősegítheti az oxigénszállítást is, ami biztosítja, hogy az agy elegendő tápanyagot és energiát kapjon, ezáltal javítva az agy vitalitását és állóképességét.

Kattintson az ismerje meg az agyműködés javításának módjait

Olyan feladatot terveztünk, amely képes megkülönböztetni a különböző típusú reprezentációkat. Feladatra optimalizált visszatérő neurális hálózatokban megvizsgáltuk a kontingencia-reprezentációk lehetséges áramköri mechanizmusait, és megállapítottuk, hogy ezek a reprezentációk megmagyarázhatják a prefrontális kéreg neurofiziológiai megfigyeléseit a munkamemória-feladatok során.

Kísérleteink kimutatták, hogy az emberi viselkedés összhangban van a kontingencia-reprezentációkkal, és nem a munkamemória hagyományos érzékszervi modelljeivel. Végül hamisítható előrejelzéseket generáltunk a neurális adatokra vonatkozóan, hogy azonosítsuk a neurális adatok kontingencia-reprezentációit, és disszociáljunk a munkamemória különböző modelljeivel. Eredményeink egy neurális reprezentációs stratégiát jellemeznek, amely képes egyesíteni a munkamemóriát, a tervezést és a kontextusfüggő döntéshozatalt.

Munkamemória|számítási modell|neurális hálózat|ábrázoló geometria.

Az időben változó környezetekben a rugalmas megismerés megköveteli az információk tárolásának és kombinálásának képességét az időben a viselkedés megfelelő irányításához. Az általánosan használt késleltetési feladatparadigmákban egy tranziens szenzoros inger információt ad, amelyet az ágensnek egy másodpercig tartó mnemonikus késleltetésen belül meg kell őriznie, hogy a jövőbeni válaszreakciót irányítsa (1–4).

A munkamemória egy alapvető kognitív funkció a feladathoz kapcsolódó információk aktív karbantartásához és kezeléséhez későbbi felhasználás céljából. A rugalmas viselkedés irányításához a munkamemória tartalmának kapcsolódnia kell más kognitív funkciókhoz, például a tervezéshez és a kontextusfüggő döntéshozatalhoz. Az idegtudományon belül azonban ezeket a funkciókat nagyrészt egymástól függetlenül tanulmányozták, és továbbra is kevéssé ismert, hogy az agy hogyan koordinálja ezeket a folyamatokat a célirányos viselkedés szolgálatában.

A kognitív állapotokhoz kapcsolódó belső reprezentációk feltárhatók az állatok és az emberek késleltetett feladatai során végzett idegi aktivitás rögzítésével. A prefrontális kéreg neuronjai tartalom-szelektív aktivitási mintákat mutatnak a munkamemória-feladatok emlékező késleltetése során (5, 6). A munkamemória során fellépő szelektív késleltetési tevékenységet leggyakrabban számítási modellekben értelmezik és implementálják, mint az érzékszervi ingerek jellemzőit, amelyek feldolgozhatók a későbbi válaszok irányítására.

A domináns fogalmi keretben a javasolt kognitív stratégia ezáltal olyan munkamemória-reprezentációkat használ, amelyek alapvetően szenzorosak (5, 6). A munkamemória szenzoros stratégiáját megkérdőjelezték a prefrontális késleltetési aktivitás megfigyelései, amelyek jobban korrelálnak a különféle feladatok változóival, beleértve a cselekvéseket, a várható ingereket és a szabályokat (2, 3, 7).

Ezenkívül a növekvő szakirodalom a prefrontális kéreg jellemzőinek jelentős nemlineáris vegyes szelektivitását jellemzi, ami elvileg támogathatja a kontextusfüggő viselkedést (8–10). Ezek a különböző megfigyelések arra utalnak, hogy egységesebb keretre van szükség a munkamemória számítási szerepének figyelembevételéhez, tervezés és kontextusfüggő döntéshozatal.

A számítási modellezést eredményesen alkalmazták a kognitív funkciókat támogató potenciális idegi áramköri mechanizmusok vizsgálatára, beleértve a munkamemóriát és a döntéshozatalt (11). A munkamemória funkcióit általában különálló moduláris áramkörökkel modellezik, amelyek nem veszik figyelembe a prefrontális kéreg vegyes szelektivitását, és feltételezik, hogy a munkamemória szenzoros reprezentációkat tart fenn (11, 12).

A kiegészítő modellezési megközelítés mesterséges neurális hálózati modelleket használ, amelyek kognitív feladatok elvégzésére vannak kiképezve (13). A kézzel tervezett modellekkel ellentétben a feladatra kiképzett ismétlődő neurális hálózati (RNN) modellek képesek késleltetési feladatokat végrehajtani anélkül, hogy feltételezésekre lenne szükségük a strukturált áramkörök architektúrájáról vagy a munkamemória-ábrázolások formájáról (14).

Ez a megközelítés tehát kiválóan alkalmas azon számítási mechanizmusok vizsgálatára, amelyeken keresztül a munkamemória-reprezentációk rugalmas számításokat támogathatnak (4, 15–18).

Jelentőség

Az idegi áramkörök megfigyelt állapotainak hiedelmekkel, cselekvésekkel és tervekkel való összekapcsolása a rendszeridegtudomány alapvető célja, de ennek megvalósítása jelentős kihívásokat jelent a kísérleti tervezés, elemzés és elmélet számára.

Különösen a késleltetési feladatok területén széles körben vitatták az idegegyüttesek reprezentációs logikáját. Egy késleltetési feladat segítségével, amely lehetővé teszi a számítási igények független, pitvari alapon történő szabályozását, azonosítjuk a feltételezett késleltetési reprezentációt, amely tükrözi a várható ingerekre vonatkozó terveket. A kontingencia-reprezentációk lehetővé teszik a válaszok hatékony leképezését az eltérő késleltetési feladatok sokféleségére.

Intask-optimalizált neurális hálózatok, megvizsgáljuk, hogy a kontingenciareprezentációk hogyan viszonyulnak a megfigyelt jelenségekhez az akkori eurofiziológiai munkamemória irodalomból. Végül bemutatjuk, hogy az emberi viselkedés összhangban van a kontingencia-reprezentációkkal.

Ebben a tanulmányban egy olyan kognitív stratégia következményeit vizsgáljuk, amelyben a belső állapotok inkább terveket, semmint észlelést vagy cselekvést jelentenek. Konkrétabban, elméleti keretünk a kontingencia állapotokat határozza meg az alapján, hogy a jövőbeli viselkedés hogyan függ a közelgő eseményektől. Kidolgoztunk egy feladatparadigmát, a feltételes késleltetett logikát (CDL), amely elválasztja a kontingencia-alapú stratégiákat a munkamemória szenzoros vagy cselekvés-alapú stratégiáitól.

A CDL feladatra feszített RNN modellek állapotábrázolásaik kontingenciájának gazdagítását fejlesztik, ami a populációs aktivitási minták geometriai struktúrájában tükröződik. A modell belső reprezentációi a munkamemória során megfigyelt neurális aktivitás különféle jelenségeit rögzítik. Teszteltük az emberi viselkedést a CDL-feladaton, és megtaláltuk a kontingencián alapuló stratégia kulcsfontosságú jeleit a válaszidőben.

Végül hamisítható előrejelzéseket adunk a neurális tevékenységre vonatkozóan, hogy megkülönböztessük a kontingencia-reprezentációkat az alternatív számítási sémáktól. Összességében tanulmányunk egy elméleti keretet mutat be arra vonatkozóan, hogy a munkamemória hogyan támogatja az időben kiterjesztett megismerés és rugalmas viselkedés tervezését, ami megmagyarázza az eltérő viselkedési és neurális megfigyeléseket, és kísérletileg tesztelhető.

Eredmények

CDL feladat. Sok gyakran használt késleltetési feladatban összefüggések vannak az érzékszervi ingerek, válaszok, számítási igények vagy szabályok között, amelyek megakadályozzák az idegi tevékenység disszociálható hozzárendelését specifikus kognitív feladatváltozókhoz (1, 19). Ezért olyan feladatot kerestünk, amely magában foglalja 1) a késleltetéssel elválasztott információs bemenet számítását; 2) pontos köztes számítási állapotok, amelyek gyakran ismétlődnek; 3) olyan kísérletek, amelyeknél a helyes válasz a késleltetés alatt előre jelezhető egyes kísérleteknél, míg másoknál nem; és 4) a cselekvés, az érzékszervi, a szabály és a számítási állapotinformáció dekorrelációja.

Ezen igények kielégítésére megterveztük a CDL feladatot, amely bináris osztályozást alkalmaz két, késleltetéssel elválasztott bináris ingerre (1A. ábra). A késleltetési és késleltetés utáni ingerekre "cueA" és "cue B" néven hivatkozunk. A szabályok logikai műveletekként definiálhatók, és minden próba időtartama alatt egy szabály tonikusan jelenik meg.

Minden próba alkalmával az ügynök egy feladatszabályt, A és B jelzést kap, és ehhez kapcsolódó választ kell generálnia. Például a VAGY szabályban az ügynök válaszának „egynek” kell lennie, ha bármelyik jelzés eggyel egyenlő. A 16 lehetséges kétbites besorolás közül 10 szabályra összpontosítunk (1B. ábra), amelyekre a válasz a jelzésektől függ, de független a jelzések sorrendjétől.

Az utolsó 10 szabály az (N)OR, (N)AND és X(N)OR logikai operátorokat, valamint az (Anti-)Memory és (Anti-)Reportot tartalmazza. Az InMemory-ban az ügynöknek az A jelű ingerrel kell válaszolnia erre a kísérletre, a Report-ban pedig a B jelű ingerrel kell válaszolnia az adott kísérletre. Az "Anti-" mindkét esetben a kimenet megfordítását jelzi. A szabály, az A és a B jelzés véletlenszerűen változnak a kísérletek során.

Esélyes esetekre vonatkozó nyilatkozatok. A CDL-feladat végrehajtásához az ügynöknek fenn kell tartania a feladat információinak reprezentációját a késleltetés során. Elvárható, hogy az ágens fenntartsa az A jel ingerlékenységét, ami elegendő lenne az összes próba megoldásához. Ebben az "érzékelési stratégiában", amelyet általában a munkamemória modelljeiben feltételeznek, a feladathoz kapcsolódó információkat a késleltetés során megtartják, hogy irányítsák a válasz a B jelzésben lévő információval és a szabálysal (5, 20) összefüggésben.

Alternatív "cselekvési stratégia" lehetséges olyan próbakörülmények esetén, amelyekben a válasz előre megtervezhető a késleltetés alatt (2, 21). Továbbá, az ügynök reprezentálhatja a szabályazonosságot, amely a késleltetés alatt (3) jelenik meg. Ezek a reprezentációk nem kizárólagosak.

For more information:1950477648nn@gmail.com