读千脑智能笔记03_大脑中的地图

1.       大脑新皮质的3个发现

1.1.         重大的发现几乎总是伴随着令人困惑的复杂观察

1.2.         有了正确的理论框架后，这种复杂性并没有消失，但它不再令人困惑了

1.2.1.           有了正确的框架后，这种复杂性就不再神秘了

1.3.         新皮质之所以显得复杂，主要是因为我们不了解它，如果有一天我们了解它了，它就会变得相对简单

1.4.         新皮质学习世界的预测模型

1.4.1.           在1986年，神经科学家和教科书仍然把大脑描述得更像一台计算机

1.4.2.           如今，神经科学家说大脑会学习世界的预测模型已并不罕见

1.4.3.           学习世界模型和进行预测并不是新皮质唯一的工作

1.4.4.           鉴于新皮质每时每刻都在进行大量的预测，按理说我们应该能找到大量的预测神经元

1.4.5.           如果新皮质每时每刻都在进行成百上千次预测，为什么这些预测中的大部分我们都没有意识到？

1.5.         预测发生在神经元内部

1.5.1.           预测是大脑中普遍存在的一种功能，但我们不知道预测是如何以及在何处发生的

1.5.1.1.            未预测到的输入通常会比预测到的输入引起更大的刺激

1.5.2.           第一种预测的发生是因为你周围的世界在变化

1.5.3.           第二种预测的发生是因为你在移动

1.5.4.           预测旋律中的下一个音符，也被称为序列记忆

1.5.4.1.            正确的预测可能依赖于很久以前出现的音符

1.5.5.           为序列记忆问题设计一个解决方案很容易，但要弄清楚真正的神经元（即新皮质中的那种神经元）如何解决这类问题则很难

1.5.6.           科学家通常会通过做实验来检验基于一个理论而做出的推论是否成立，但神经科学的做法通常不是这样的

1.5.7.           只有不到10%的细胞突触是在近端区，其他90%以上的突触距离都比较远，以至于无法触发脉冲

1.5.7.1.            远端突触必然会在大脑功能中发挥重要作用

1.5.8.           任何理论以及任何神经网络，如果不考虑大脑新皮质中另外90%的突触，就一定是错误的

1.5.9.           树突脉冲就是预测本身

1.5.9.1.            大多数预测是由树突脉冲表示的，它暂时改变了神经元内部的细胞电压，从而使该神经元比其他神经元提前做好准备，以便更早发射脉冲信号

1.5.10.      2016年期刊论文《为什么神经元有成千上万个突触，新皮质中的序列记忆理论》

1.5.10.1.        Why Neurons Have Thousands of Synapses, a Theory of Sequence Memory in the Neocortex

1.6.         新皮质的关键是参考系

1.6.1.           预测一个序列中的下一个输入和预测我们移动时的下一个输入是类似的问题

1.6.2.           皮质柱需要一个以该物体为轴心的参考系

1.6.3.           创建参考系和追踪位置并不是一项微不足道的任务

1.6.4.           通过利用参考系来定义一个物体，大脑便可以一次性操纵整个物体

1.6.5.           做计划和移动需要利用参考系

1.6.5.1.            机器人专家依靠参考系来规划机器人手臂或身体的移动

1.6.5.2.            参考系也应用于动画电影中，用于标示人物的移动

1.6.6.           所有这些关于位置和参考系的想法似乎都是瞬间产生的灵感

1.6.7.           脑科学理论最终必须解释有关大脑的所有细节，而一个正确的理论是不能违背这些细节的

1.6.8.           处理一个问题的时间越长，你发现的限制因素就会越多，想出一个解决方案就会越困难

1.6.9.           参考系就像地图上的网格

1.6.10.      论文是《关于新皮质中的皮质柱如何实现学习世界结构的理论》

1.6.10.1.        A Theory of How Columns in the Neocortex Enable Learning the Structure of the World

2.       大脑中的地图

2.1.         视网膜上的细胞会将光转化为脉冲

2.1.1.           这就是视觉的起点，位于眼睛的后面

2.2.         我们感知到物体是在某个地方而不是在我们的眼睛和耳朵里，告诉我们，大脑里一定有一些神经元，这些神经元的活动表征了我们所感知的每个物体的位置

2.3.         能够在这个世界中找到正确的方向具有重大意义，因而进化的过程提供了许多种导航方法

2.4.         位置细胞就像地图上“你在这里”的标记

2.4.1.           位置细胞并不能规划下一步移动

2.4.1.1.            这需要网格细胞

2.4.2.           网格细胞和位置细胞的作用

2.5.         人类大脑中也有网格细胞和位置细胞

2.5.1.           除非你完全迷失了方向，否则你总能意识到你在哪里

2.5.2.           鉴于位置细胞和网格细胞在基本导航中的作用，我们几乎可以肯定它们在进化过程中比新皮质更早出现

2.6.         新皮质中的映射机制并不是对旧脑中映射机制的完全复制

2.7.         旧脑中的网格细胞和位置细胞主要追踪一个物体的位置，这个物体就是身体

2.8.         神经元使用的是所谓的“联想记忆”（associative memory）

2.9.         一个感觉输入到达，由上层的神经元表征，这会激活下层中与感觉输入相关的位置神经元

2.10.     仅知道你的位置并不足以预测你行走时将会看到什么，你还需要知道你正朝向哪个方向，即你所在的方位

2.10.1.      旧脑中有一些神经元叫作头朝向细胞（head direction cell）

2.11.     更通用的术语“方向细胞”（orientation cell）

2.12.     每根皮质柱都分别有一组功能上相当于网格细胞、位置细胞和头朝向细胞的细胞，上述三类细胞最初都是在旧脑的某些部分中被发现的

2.13.     2019年论文《基于新皮质中网格细胞的智能和皮质功能框架》

2.13.1.      A Framework for Intelligence and Cortical Function Based on Grid Cells in the Neocortex

2.14.     2019年发表的论文《新皮质中的位置：利用皮质网格细胞的感觉-运动物体识别理论》

2.14.1.      Locations in the Neocortex: A Theory of Sensori-motor Object Recognition Using Cortical Grid Cells