關(guān)于實(shí)驗(yàn)室：觀察和決定?
與外界物體進(jìn)行互動是我們生活的日常。比如舉杯品嘗咖啡，驅(qū)車在城市里穿行，或是在擁擠的人群中和朋友聊天。這些日?，嵤麓蠖及ㄗR別物體——設(shè)定目標(biāo)——付諸行動的過程，它們看似容易，但我們對其背后的神經(jīng)機(jī)制卻知之甚少。我們實(shí)驗(yàn)室的研究目標(biāo)就是理解大腦在識別物體和進(jìn)行抉擇時背后的基本原理。為此，我們訓(xùn)練獼猴完成多種物體識別任務(wù)，與此同時對多個腦區(qū)的神經(jīng)元群體活動進(jìn)行操縱和記錄。此后，我們采用時下主流的分析方法，結(jié)合計(jì)算模型，揭示在大腦進(jìn)行物體識別和抉擇時神經(jīng)元的動力學(xué)過程和神經(jīng)元之間的通訊過程。為使我們的研究結(jié)果更具推廣性，我們也進(jìn)行人類的行為學(xué)和神經(jīng)成像實(shí)驗(yàn)。希望我們的研究能夠揭示靈長類動物腦功能背后的神經(jīng)基礎(chǔ)，為神經(jīng)疾病的治療和類腦人工智能的發(fā)展提供依據(jù)。?
關(guān)鍵詞：物體識別，抉擇，獼猴，群體神經(jīng)記錄，人類行為實(shí)驗(yàn)，計(jì)算模型?
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感知抉擇?
在漫長的進(jìn)化過程中，存留下來的動物演化出能夠依據(jù)外界事物來決定如何行動的能力。例如，當(dāng)我們在冰箱里發(fā)現(xiàn)一個放了很久的蘋果，我們會仔細(xì)檢查它能否食用，再決定要不要吃掉。這種抉擇行為被稱為“感知抉擇”。為研究這一過程，我們訓(xùn)練獼猴完成行為學(xué)任務(wù)（比如進(jìn)行面孔分類任務(wù)），同時記錄它們的行為和神經(jīng)元電活動。在過去的研究中，我們發(fā)現(xiàn)，面孔分類可以被理解為時間上不斷整合多種面部特征的信息積累過程（Okazawa et al., 2018, 2021）。頂葉皮層神經(jīng)元的電生理結(jié)果表明，抉擇形成于神經(jīng)元狀態(tài)空間中的一個非線性流形上（Okazawa et al., 2021）。上述結(jié)果為發(fā)展新的抉擇計(jì)算模型提供了基礎(chǔ)。當(dāng)前，我們正在著力研究物體信息經(jīng)感覺皮層輸入后，頂葉和額葉中抉擇信號的形成過程。?
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視覺物體識別?
為了達(dá)成目的，我們的大腦必須正確識別面前有哪些物體。當(dāng)我們看到一個物體的圖像（例如一個咖啡杯）時，我們能迅速對其分類。這一過程看似簡單，卻需要相當(dāng)大的運(yùn)算量，我們?nèi)匀徊磺宄竽X是如何做到這一點(diǎn)的。我們看到的圖像是極其豐富和復(fù)雜的，大腦必須從中提取和編碼有意義的信息。紋理信息是圖像的重要組成部分，我們過去的研究表明，中級視覺區(qū)域的神經(jīng)元會對自然紋理進(jìn)行編碼。神經(jīng)元對紋理的選擇性可以解釋為其對圖像高階統(tǒng)計(jì)參數(shù)的反應(yīng)(Okazawa et al., 2015, 2016)?，F(xiàn)在，我們試圖進(jìn)一步理解視覺神經(jīng)元群體對物體信息的動態(tài)處理過程。?
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實(shí)驗(yàn)室關(guān)心的問題?
1）我們?nèi)绾卧诓煌沫h(huán)境下做出適當(dāng)?shù)倪x擇？?
同樣的刺激在不同的情境下會導(dǎo)致不同的選擇。例如，面對食物，你在自己家里會隨意取用；然而如果此情況發(fā)生在別人家里，沒有獲得主人的許可前你就不會亂動。這種基于感覺的行為是如何根據(jù)不同情境來調(diào)整的呢？?
2）我們?nèi)绾沃鲃犹剿鳝h(huán)境以尋求更多信息從而幫助抉擇？?
每當(dāng)我們移動眼睛時，我們接收的視覺信息便會發(fā)生巨大變化。當(dāng)我們根據(jù)圖像做出選擇時，我們?nèi)绾瓮ㄟ^移動眼睛來觀察圖像？這種行為與抉擇過程有什么關(guān)系？?
3）我們?nèi)绾瓮ㄟ^整合圖像信息來識別物體類別？?
物體往往是由多個部分組成的，所以在識別物體時，圖像中的多個視覺特征需要被結(jié)合起來。在此過程中，視覺系統(tǒng)是如何對圖像特征的復(fù)雜組合進(jìn)行編碼的？?
4) 我們?nèi)绾胃鶕?jù)經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)物體分類？?
在你出生之前，你不知道世界上有哪些物體，所以你知道的物體類別必須通過經(jīng)驗(yàn)習(xí)得。這種學(xué)習(xí)過程是如何在大腦中發(fā)生的？?
5) 我們?nèi)绾螌W(xué)習(xí)和利用支配外部世界的規(guī)則和規(guī)律？?
為了與環(huán)境互動，你還必須知道支配外部世界的物理規(guī)律。我們是如何學(xué)習(xí)和利用它們的？?
研究組組長;研究員
