关于大脑如何将感觉转化为精神对象的新理论

随着我们的移动，从眼睛、耳朵和皮肤向大脑输入的信息也在不断变化。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题为《新皮层中的列如何使学习世界结构的理论》神经回路的前沿， 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·霍金斯说:“基本想法很简单。“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，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变成一条边。当我们移动眼睛和手指时，大脑会将物体的结构作为物体上的一组特征来学习。

研究副总裁Subutai Ahmad解释说:“科学家们怀疑这种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中，在每个皮层柱中。该理论预测，即使是大脑中最初级的处理过程也在学习和识别完整的物体。这令人惊讶;没人能想象得到。但一旦你知道要寻找什么，就会有证据支持这一预测。”

该理论的另一个令人惊讶的结果是，大脑并不只学习一个物体的一个模型，而是许多并行的模型，因为大脑皮层中的每一列都学习完整的模型。该理论表明，眼睛和皮肤的运动对学习是必要的，但在学习之后，物体可以通过一眼或一握来识别。虽然每一列只能感知物体的一部分，但它们放在一起就能达成共识。

论文包括详细的模拟，解剖学和生理学证据相关的理论，和可测试的预测。

论文中提出的主要发现包括:

• 大脑为任何给定物体的特征计算一个“非中心”位置。它是非中心的，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觉特征和分配中心位置作为输入，并计算特征-位置对。这些对被馈送到输出层，输出层形成对象的稳定表示。
• 大脑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。

尽管这一理论是通过对触觉的研究推导出来的，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也存在。这暗示着所有的想法都与地点相关，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物体的机制相同。

“这篇论文中介绍的理论令人耳目一新，并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，并开启了新的可能性，”苏黎世联邦理工学院神经技术实验室主席Mehmet Fatih Yanik教授说。

新理论是Numenta逆向工程新大脑皮层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，以及为什么大脑活动稀少。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时代纸，将是创造通用人工智能和复杂机器人的关键。”