大腦中處理視覺信息的部分——顳下(IT)皮層——受損可能是毀滅性的，尤其是對(duì)成年人而言。受影響的人可能會(huì)失去閱讀能力(一種稱為失讀癥的疾病)或識(shí)別面孔(面容失認(rèn)癥)或物體(失認(rèn)癥)的能力，目前醫(yī)生無(wú)能為力。
更準(zhǔn)確的視覺系統(tǒng)模型可以幫助神經(jīng)科學(xué)家和臨床醫(yī)生為這些疾病開發(fā)更好的治療方法?？▋?nèi)基梅隆大學(xué) (CMU) 的研究人員開發(fā)了一種計(jì)算模型，使他們能夠模擬 IT 的空間組織或地形，并更多地了解相鄰的腦組織簇是如何組織和相互作用的。這也可以幫助他們了解該區(qū)域的損壞如何影響識(shí)別面部、物體和場(chǎng)景的能力。
研究人員——Nicholas Blauch，博士。神經(jīng)計(jì)算項(xiàng)目的學(xué)生和他的顧問(wèn) David C. Plaut 和 Marlene Behrmann，他們都是 CMU 心理學(xué)系和神經(jīng)科學(xué)研究所的教授，在 1 月 18 日的美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊上描述了該模型科學(xué)。
Blauch 說(shuō)，這篇論文可能會(huì)幫助認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)家回答關(guān)于大腦不同部分如何協(xié)同工作的長(zhǎng)期問(wèn)題。
“長(zhǎng)期以來(lái)，我們一直在想，我們是否應(yīng)該將大腦中響應(yīng)面部的區(qū)域網(wǎng)絡(luò)視為一個(gè)單獨(dú)的實(shí)體，僅用于識(shí)別面部，或者我們是否應(yīng)該將其視為更廣泛的神經(jīng)架構(gòu)的一部分物體識(shí)別，”Blauch 說(shuō)。“我們正在嘗試使用一個(gè)假設(shè)這種更簡(jiǎn)單、通用的組織的計(jì)算模型來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，并看看這個(gè)模型是否可以解釋我們通過(guò)學(xué)習(xí)執(zhí)行任務(wù)在大腦中看到的專業(yè)化。”
為此，研究人員開發(fā)了一種深度學(xué)習(xí)模型，該模型具有生物大腦連接的附加特征，假設(shè)該模型可以揭示 IT 的空間組織或地形。
“大腦沒有無(wú)限的容量，”Blauch 解釋說(shuō)。“它需要嘗試將用于連接大腦不同區(qū)域的白質(zhì)數(shù)量保持在有效交流所需的最低限度，這樣就有更多灰質(zhì)或神經(jīng)元的空間來(lái)計(jì)算信息。”
Blauch 還解釋說(shuō)，大腦區(qū)域之間的大多數(shù)連接來(lái)自興奮性神經(jīng)元，而大腦區(qū)域內(nèi)的連接由興奮性和抑制性神經(jīng)元介導(dǎo)。在大多數(shù)深度學(xué)習(xí)模型中，人工神經(jīng)元可以單獨(dú)激發(fā)和抑制其他神經(jīng)元。
遵循這些原則，研究人員建立了一個(gè)基本的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和一個(gè)成本函數(shù)，強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)識(shí)別圖像，同時(shí)試圖保持連接簡(jiǎn)短?？茖W(xué)家們訓(xùn)練了被稱為交互式地形網(wǎng)絡(luò)的模型，以識(shí)別來(lái)自不同領(lǐng)域的圖像：面部、物體和場(chǎng)景。一旦模型學(xué)會(huì)識(shí)別這些圖像，他們發(fā)現(xiàn)它為每個(gè)域產(chǎn)生了選擇性的空間區(qū)域，如大腦中所見。
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