關(guān)于實(shí)驗(yàn)室：觀察和決定
與外界物體進(jìn)行互動(dòng)是我們生活的日常。比如舉杯品嘗咖啡，驅(qū)車在城市里穿行，或是在擁擠的人群中和朋友聊天。這些日常瑣事大都包括識(shí)別物體——設(shè)定目標(biāo)——付諸行動(dòng)的過(guò)程，它們看似容易，但我們對(duì)其背后的神經(jīng)機(jī)制卻知之甚少。我們實(shí)驗(yàn)室的研究目標(biāo)就是理解大腦在識(shí)別物體和進(jìn)行抉擇時(shí)背后的基本原理。為此，我們訓(xùn)練獼猴完成多種物體識(shí)別任務(wù)，與此同時(shí)對(duì)多個(gè)腦區(qū)的神經(jīng)元群體活動(dòng)進(jìn)行操縱和記錄。此后，我們采用時(shí)下主流的分析方法，結(jié)合計(jì)算模型，揭示在大腦進(jìn)行物體識(shí)別和抉擇時(shí)神經(jīng)元的動(dòng)力學(xué)過(guò)程和神經(jīng)元之間的通訊過(guò)程。為使我們的研究結(jié)果更具推廣性，我們也進(jìn)行人類的行為學(xué)和神經(jīng)成像實(shí)驗(yàn)。希望我們的研究能夠揭示靈長(zhǎng)類動(dòng)物腦功能背后的神經(jīng)基礎(chǔ)，為神經(jīng)疾病的治療和類腦人工智能的發(fā)展提供依據(jù)。
關(guān)鍵詞：物體識(shí)別，抉擇，獼猴，群體神經(jīng)記錄，人類行為實(shí)驗(yàn)，計(jì)算模型
感知抉擇
在漫長(zhǎng)的進(jìn)化過(guò)程中，存留下來(lái)的動(dòng)物演化出能夠依據(jù)外界事物來(lái)決定如何行動(dòng)的能力。例如，當(dāng)我們?cè)诒淅锇l(fā)現(xiàn)一個(gè)放了很久的蘋(píng)果，我們會(huì)仔細(xì)檢查它能否食用，再?zèng)Q定要不要吃掉。這種抉擇行為被稱為“感知抉擇”。為研究這一過(guò)程，我們訓(xùn)練獼猴完成行為學(xué)任務(wù)（比如進(jìn)行面孔分類任務(wù)），同時(shí)記錄它們的行為和神經(jīng)元電活動(dòng)。在過(guò)去的研究中，我們發(fā)現(xiàn)，面孔分類可以被理解為時(shí)間上不斷整合多種面部特征的信息積累過(guò)程（Okazawa et al., 2018, 2021）。頂葉皮層神經(jīng)元的電生理結(jié)果表明，抉擇形成于神經(jīng)元狀態(tài)空間中的一個(gè)非線性流形上（Okazawa et al., 2021）。上述結(jié)果為發(fā)展新的抉擇計(jì)算模型提供了基礎(chǔ)。當(dāng)前，我們正在著力研究物體信息經(jīng)感覺(jué)皮層輸入后，頂葉和額葉中抉擇信號(hào)的形成過(guò)程。
視覺(jué)物體識(shí)別
為了達(dá)成目的，我們的大腦必須正確識(shí)別面前有哪些物體。當(dāng)我們看到一個(gè)物體的圖像（例如一個(gè)咖啡杯）時(shí)，我們能迅速對(duì)其分類。這一過(guò)程看似簡(jiǎn)單，卻需要相當(dāng)大的運(yùn)算量，我們?nèi)匀徊磺宄竽X是如何做到這一點(diǎn)的。我們看到的圖像是極其豐富和復(fù)雜的，大腦必須從中提取和編碼有意義的信息。紋理信息是圖像的重要組成部分，我們過(guò)去的研究表明，中級(jí)視覺(jué)區(qū)域的神經(jīng)元會(huì)對(duì)自然紋理進(jìn)行編碼。神經(jīng)元對(duì)紋理的選擇性可以解釋為其對(duì)圖像高階統(tǒng)計(jì)參數(shù)的反應(yīng)(Okazawa et al., 2015, 2016)。現(xiàn)在，我們?cè)噲D進(jìn)一步理解視覺(jué)神經(jīng)元群體對(duì)物體信息的動(dòng)態(tài)處理過(guò)程。
實(shí)驗(yàn)室關(guān)心的問(wèn)題
1）我們?nèi)绾卧诓煌沫h(huán)境下做出適當(dāng)?shù)倪x擇？
同樣的刺激在不同的情境下會(huì)導(dǎo)致不同的選擇。例如，面對(duì)食物，你在自己家里會(huì)隨意取用；然而如果此情況發(fā)生在別人家里，沒(méi)有獲得主人的許可前你就不會(huì)亂動(dòng)。這種基于感覺(jué)的行為是如何根據(jù)不同情境來(lái)調(diào)整的呢？
2）我們?nèi)绾沃鲃?dòng)探索環(huán)境以尋求更多信息從而幫助抉擇？
每當(dāng)我們移動(dòng)眼睛時(shí)，我們接收的視覺(jué)信息便會(huì)發(fā)生巨大變化。當(dāng)我們根據(jù)圖像做出選擇時(shí)，我們?nèi)绾瓮ㄟ^(guò)移動(dòng)眼睛來(lái)觀察圖像？這種行為與抉擇過(guò)程有什么關(guān)系？
3）我們?nèi)绾瓮ㄟ^(guò)整合圖像信息來(lái)識(shí)別物體類別？
物體往往是由多個(gè)部分組成的，所以在識(shí)別物體時(shí)，圖像中的多個(gè)視覺(jué)特征需要被結(jié)合起來(lái)。在此過(guò)程中，視覺(jué)系統(tǒng)是如何對(duì)圖像特征的復(fù)雜組合進(jìn)行編碼的？
4) 我們?nèi)绾胃鶕?jù)經(jīng)驗(yàn)學(xué)習(xí)物體分類？
在你出生之前，你不知道世界上有哪些物體，所以你知道的物體類別必須通過(guò)經(jīng)驗(yàn)習(xí)得。這種學(xué)習(xí)過(guò)程是如何在大腦中發(fā)生的？
5) 我們?nèi)绾螌W(xué)習(xí)和利用支配外部世界的規(guī)則和規(guī)律？
為了與環(huán)境互動(dòng)，你還必須知道支配外部世界的物理規(guī)律。我們是如何學(xué)習(xí)和利用它們的？
研究組組長(zhǎng);研究員
