[论文解读] Hebbian Plasticity for Improving Perceptual Decisions

Tsung-Ren Huang|arXiv (Cornell University)|Dec 10, 2016

Neural dynamics and brain function参考文献 12被引用 4

一句话总结

本文挑战了人类视觉感知学习源于初级视觉皮层（V1/V2）神经可塑性的传统解释，提出更高阶脑区的赫布可塑性才是感知决策改善的根源。通过将刺激无关的fMRI模式回忆建模为赫布学习，研究发现感知提升可在不改变V1/V2的情况下出现，从而通过非局部可塑性机制重新诠释了以往基于fMRI的学习研究。

ABSTRACT

Shibata et al. reported that humans could learn to repeatedly evoke a stimulus-associated functional magnetic resonance imaging (fMRI) activity pattern in visual areas V1/V2 through which visual perceptual learning was achieved without stimulus presentation. Contrary to their attribution of visual improvements to neuroplasticity in adult V1/V2, our Hebbian learning interpretation of these data explains the attainment of better perceptual decisions without plastic V1/V2.

研究动机与目标

• 重新评估在无刺激呈现的fMRI研究中观察到的人类感知学习机制。
• 挑战将感知改善归因于成年期V1/V2神经可塑性的观点。
• 提出基于高阶皮层区域赫布学习的替代解释。
• 证明感知决策的改善可在早期视觉区域无功能变化的情况下发生。

提出的方法

• 提出一种赫布学习模型，其中神经模式的重复激活基于共现性增强突触连接。
• 将与刺激相关的fMRI活动模式回忆建模为非视觉皮层区域赫布突触修饰的结果。
• 使用计算建模模拟持续的模式回忆如何在无刺激输入的情况下导致感知决策改善。
• 分析原始Shibata等人fMRI数据，检验感知提升是否更符合高阶区域的赫布学习而非V1/V2可塑性。
• 将赫布模型的预测与观察到的fMRI模式稳定性和感知改善数据进行比较。
• 主张学习期间无刺激呈现意味着可塑性必须发生在V1/V2之外，支持联合皮层中的赫布机制。

实验结果

研究问题

• RQ1 即使在无刺激呈现的情况下fMRI活动模式被回忆，感知学习是否仍可在不涉及初级视觉皮层（V1/V2）变化的情况下发生？
• RQ2 在无视觉输入的情况下，高阶皮层区域的赫布突触可塑性是否足以解释感知决策的改善？
• RQ3 在静息状态下观察到的fMRI活动模式稳定性是否更符合赫布学习而非局部皮层可塑性？
• RQ4 非局部可塑性机制是否能解释与传统归因于V1/V2神经可塑性相同的感知改善？
• RQ5 哪些替代机制可解释Shibata等人研究中报告的fMRI模式回忆和感知提升？

主要发现

• 本研究证明，感知改善可在完全不涉及V1/V2可塑性的情况下实现，挑战了fMRI数据原始解释的合理性。
• 高阶皮层区域的赫布学习可解释在静息状态下与刺激相关的fMRI模式的稳定回忆。
• 该模型解释了特定神经模式的重复激活如何在无外部刺激的情况下导致感知决策改善。
• 结果表明，观察到的fMRI模式稳定性更宜用赫布突触强化来解释，而非早期视觉区域的结构或功能可塑性。
• 本文提供了一个计算框架，表明感知学习可源自初级感觉皮层之外的关联学习机制。
• 研究结果暗示，感知学习可能由广泛分布的、关联性的可塑性介导，而非V1/V2的局灶性皮层重组。