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    人類擁有強(qiáng)大的學(xué)習(xí)，能夠分析理解獲得的感官信息，熟悉掌握新的技能以適應(yīng)不斷變化的外部環(huán)境。然而目前為止還有許多人類學(xué)習(xí)的機(jī)制不被理解。系統(tǒng)升級(jí)學(xué)科的最大挑戰(zhàn)之一是解釋人類如何通過(guò)突觸神經(jīng)的鏈接來(lái)改變自己以支持一些適應(yīng)性的行為?，F(xiàn)有的研究表明，大腦皮層的學(xué)習(xí)機(jī)制是依賴大腦深層區(qū)域的反饋，而這種反饋機(jī)制則是通過(guò)控制特定的抑制神經(jīng)元的開關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)神經(jīng)突觸的強(qiáng)化。這項(xiàng)研究不僅是理解人類大腦理解學(xué)習(xí)的一個(gè)重要里程碑，也為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和AI研究提供了很重要的參考價(jià)值。

    大腦皮層是大腦一個(gè)相當(dāng)重要的區(qū)域，對(duì)于高級(jí)的認(rèn)知能力、復(fù)雜行為能力和感知與學(xué)習(xí)很重要。皮層會(huì)將受到的感覺(jué)刺激在傳遞給相對(duì)應(yīng)的大腦區(qū)域之前進(jìn)行簡(jiǎn)單的處理和過(guò)濾，同時(shí)大腦中的一些其他功能區(qū)域也會(huì)將信息翻過(guò)來(lái)傳遞給大腦皮層，這種回路系統(tǒng)的反饋機(jī)制被認(rèn)為是對(duì)感官信息的適應(yīng)性學(xué)習(xí)機(jī)制所必須的。皮層來(lái)首先評(píng)估傳入感覺(jué)信息的重要性，然后改進(jìn)后期處理信息的方式方法。

    老鼠胡須強(qiáng)調(diào)反饋系統(tǒng)的重要性

    已知老鼠鼻子上的胡須專門用于觸覺(jué)感知，在動(dòng)物理解其所處環(huán)境的能力中起著重要作用。大腦皮層中處理胡須感官信息的部分不斷優(yōu)化其神經(jīng)突觸，以了解觸覺(jué)環(huán)境的新信息。因此，它構(gòu)成了一個(gè)有趣的模型來(lái)理解反饋系統(tǒng)在突觸學(xué)習(xí)機(jī)制中的作用。

    Unige的科學(xué)家們分離出一個(gè)與胡須相關(guān)的反饋回路，并用電極來(lái)測(cè)量大腦皮層神經(jīng)元的電信號(hào)活動(dòng)。然后，他們通過(guò)刺激大腦皮層中處理這些信息的特定部分來(lái)模擬感官輸入，同時(shí)利用光來(lái)控制反饋電路。

    “這種離體模型允許我們獨(dú)立于感覺(jué)輸入來(lái)控制反饋，這在生物體內(nèi)是不可能做到的。然而，從反饋中分離出感覺(jué)輸入對(duì)于理解這兩者之間的相互作用是如何最終導(dǎo)致突觸強(qiáng)化是至關(guān)重要的，”霍爾特曼補(bǔ)充道。

    抑制神經(jīng)元對(duì)信息進(jìn)行屏蔽

    研究小組發(fā)現(xiàn)，當(dāng)兩種感覺(jué)輸入信號(hào)被激發(fā)時(shí)，會(huì)激活非常多的神經(jīng)元。然而，于此同時(shí)，一些神經(jīng)元反而會(huì)降低它們的活性。

    “有趣的是，當(dāng)感覺(jué)輸入和反饋同時(shí)發(fā)生時(shí)，被抑制的神經(jīng)元通常是那些對(duì)感知很重要的神經(jīng)元，這被稱為去抑制，”該研究第一作者Leena Williams解釋道。因此，這些神經(jīng)元就像是輸入信息的門，通常是關(guān)閉的。當(dāng)反饋信息進(jìn)入時(shí)，門打開，允許那些負(fù)責(zé)初級(jí)感覺(jué)信息的突觸強(qiáng)化自身。通過(guò)這項(xiàng)研究，我們已經(jīng)確定了反饋如何優(yōu)化突觸連接，以便更好地為將來(lái)的信息做準(zhǔn)備。”

    既然他們已經(jīng)確定了哪些神經(jīng)元參與了這一機(jī)制，這些科學(xué)家將在“現(xiàn)實(shí)生活”中測(cè)試他們的結(jié)果，當(dāng)一只老鼠需要處理新的感官信息或在其觸覺(jué)環(huán)境中發(fā)現(xiàn)新信息時(shí)，抑制的神經(jīng)元是否會(huì)像預(yù)期的那樣有所變化。

    深度學(xué)習(xí)：模仿自然生命

    大腦回路如何自我優(yōu)化？一個(gè)系統(tǒng)如何通過(guò)解讀自己的行為來(lái)自我學(xué)習(xí)？除了與動(dòng)物學(xué)習(xí)相關(guān)之外，這個(gè)問(wèn)題也是機(jī)器學(xué)習(xí)計(jì)劃的核心部分。事實(shí)上，一些深度學(xué)習(xí)專家試圖模仿大腦回路來(lái)構(gòu)建AI。Unige團(tuán)隊(duì)提供的見(jiàn)解可能與無(wú)監(jiān)督學(xué)習(xí)有關(guān)，無(wú)監(jiān)督學(xué)習(xí)是機(jī)器學(xué)習(xí)的一個(gè)分支，它以能夠自我組織和優(yōu)化新信息處理的電路模型為主體。舉例來(lái)講，這對(duì)于創(chuàng)建高效的語(yǔ)音或人臉識(shí)別系統(tǒng)非常重要。