[论文解读] The role of self-touch experience in the formation of the self

Matej Hoffmann|arXiv (Cornell University)|Dec 21, 2017

Plant and Biological Electrophysiology Studies参考文献 32被引用 7

一句话总结

本文提出，胎儿及早期婴儿期的自触觉体验是构建感觉运动自我（sensorimotor self）的基本机制，通过冗余的本体感觉与触觉反馈来学习身体在空间中的表征。该研究结合现象学、发展心理学与神经科学，论证自触觉提供了一种独特且具有因果关联的刺激，支持多模态身体表征的出现，并通过计算与机器人模型验证了仅从感觉运动数据中学习此类表征的可行性。

ABSTRACT

The human self has many facets: there is the physical body and then there are different concepts or representations supported by processes in the brain such as the ecological, social, temporal, conceptual, and experiential self. The mechanisms of operation and formation of the self are, however, largely unknown. The basis is constituted by the ecological or sensorimotor self that deals with the configuration of the body in space and its action possibilities. This self is prereflective, prelinguistic, and initially perhaps even largely independent of visual inputs. Instead, somatosensory (tactile and proprioceptive) information both before and after birth may play a key part. In this paper, we propose that self-touch experience may be a fundamental mechanisms to bootstrap the formation of the sensorimotor self and perhaps even beyond. We will investigate this from the perspectives of phenomenology, developmental psychology, and neuroscience. In light of the evidence from fetus and infant development, we will speculate about the possible mechanisms that may drive the formation of first body representations drawing on self-touch experience.

研究动机与目标

• 探究自触觉在感觉运动自我形成中的作用，特别是在语言或视觉占主导地位之前的早期发展阶段。
• 通过识别自触觉作为身体图式形成的基石性、前反思性机制，解决自体表征理论中的‘混乱状态’问题。
• 弥合关于触觉的现象学洞见与实证发展数据及感觉运动学习的计算模型之间的鸿沟。
• 检验自触觉配置提供一种独特、具有因果关联的刺激，使个体能够在无先验知识的情况下学习身体在空间中的表征。
• 通过具身大脑与机器人模型验证，仅从自触觉数据中学习三维身体表征的可行性。

提出的方法

• 基于胡塞尔、梅洛-庞蒂与拉特克里夫对自触觉的现象学分析，将触觉定位为身体自我建构的首要、非二元感知方式。
• 综合胎儿与婴儿研究中的发展数据，显示自发的自触觉行为（如手-口动作、头尾方向的推进）及预期性运动。
• 应用庞加莱及现代主动推断理论模型，表明仅凭感觉运动经验即可推断身体与环境的空间结构。
• 在iCub机器人中使用自组织映射，以自底向上、自监督的方式学习触觉与本体感觉表征。
• 在机器人中实现工程化的自触觉模块，以检验触觉与本体感觉信号的整合在身体模型形成中的作用。
• 将计算模型建立在具身大脑模拟基础上，测试自触觉是否能在无先验知识的情况下启动多模态身体表征。

实验结果

研究问题

• RQ1 自触觉体验在早期发育阶段如何促进感觉运动自我的形成？
• RQ2 相较于其他感官输入，自触觉为何是构建身体表征的更优刺激？
• RQ3 是否可仅凭本体感觉与触觉反馈，无需视觉或语言输入，学习到空间中的身体模型？
• RQ4 多模态身体表征（如触觉、本体感觉、视觉）在何时开始协同一致？其整合的触发因素是什么？
• RQ5 计算与机器人模型在多大程度上能复现婴儿观察到的身体表征形成的发展轨迹？

主要发现

• 胎儿自触觉，特别是从妊娠19周开始的手-口动作，表明早期已具备意向性与预期控制，提示存在原始的身体模型。
• 婴儿在出生至6个月期间表现出自触觉行为的头尾方向推进，频率与复杂性逐渐增加，与发育里程碑密切相关。
• 出生后2–3个月是多模态身体表征整合的关键过渡期，与大脑皮层成熟及警觉性提升同步。
• 神经学证据表明，负责空间身体表征的后顶叶联合区在出生后发育，极有可能是多模态整合的中枢。
• 计算模型表明，仅通过本体感觉与触觉信号，即可从自触觉数据中推断出三维空间身体模型，支持此类学习的理论可行性。
• 具身机器人模型（如iCub）成功通过自组织映射学习到触觉与本体感觉表征，自触觉成为校准与空间制图的关键机制。