Il-Ġeometrija tal-Kompjutazzjoni Newrali Tgħaqqad il-Memorja ta' Ħidma u l-Parti 1 tal-Ippjanar

Ħidmiet fid-dinja reali jeħtieġu koordinazzjoni tal-memorja tax-xogħol, it-teħid tad-deċiżjonijiet, u l-ippjanar, iżda dawn il-funzjonijiet konjittivi ġew studjati b'mod sproporzjonat bħala proċessi modulari indipendenti fil-moħħ. Hawnhekk, nipproponu li r-rappreżentazzjonijiet ta 'kontinġenza, definiti bħala mappings għal kif l-imgieba fil-ġejjieni jiddependu fuq avvenimenti li ġejjin, jistgħu jgħaqqdu l-memorja ta' ħidma u l-komputazzjonijiet tal-ippjanar.

Il-modularizzazzjoni indipendenti tirreferi għal mod ta 'ġestjoni u organizzazzjoni ta' affarijiet li jagħmlu l-ġestjoni u l-eżekuzzjoni tal-kompiti aktar effiċjenti u konvenjenti billi jinqasmu f'moduli indipendenti u li jistgħu jerġgħu jintużaw. Il-memorja tirreferi għall-kapaċità ta’ persuna li titgħallem, tiftakar, u tuża l-informazzjoni, li hija estremament importanti għall-iżvilupp personali u s-suċċess.

Għalkemm il-modularità u l-memorja indipendenti jistgħu ma jidhrux li huma direttament relatati hemm konnessjoni mill-qrib bejn it-tnejn. Il-modularizzazzjoni indipendenti tista 'tgħinna norganizzaw u nimmaniġġjaw aħjar l-informazzjoni u nkissruha f'moduli li huma faċli biex jinftiehmu u niftakru. Pereżempju, meta nistudjaw kors, nistgħu nkissruh f’diversi moduli, bħal għanijiet ta’ tagħlim, kunċetti importanti, eżerċizzji, eċċ. Dan mhux biss jgħinna nifhmu u niftakru l-informazzjoni aħjar iżda wkoll nitgħallmu u nikkontrollaw l-għarfien b’mod aktar effiċjenti.

Barra minn hekk, modularizzazzjoni indipendenti tista 'wkoll tgħinna nippjanaw aħjar u nirranġaw il-ħin biex nagħmlu użu aħjar mill-ħin u r-riżorsi. Meta nkissru l-kompiti f'moduli indipendenti, nistgħu nistmaw aħjar il-ħin u r-rekwiżiti tar-riżorsi ta 'kull modulu u nipprijoritizzawhom kif meħtieġ. Dan jippermettilna nikkontrollaw aħjar il-ħin tagħna, inżidu l-produttività, u b’hekk niksbu aħjar l-għanijiet personali u organizzattivi.

Fil-qosor, il-modularità u l-memorja indipendenti huma komplementari għal xulxin, u r-relazzjoni bejn it-tnejn hija qrib ħafna. Il-modularità indipendenti tista 'tgħinna norganizzaw u niftakru aħjar l-informazzjoni, ittejjeb il-produttività u r-riżultati personali u organizzattivi, filwaqt li l-memorja tista' tgħinna nikkontrollaw u napplikaw aħjar l-informazzjoni, u b'hekk niksbu żvilupp u suċċess personali u organizzattivi. Għalhekk, għandna nikkultivaw u ntejbu b'mod attiv l-abbiltajiet ta 'modularizzazzjoni u memorja indipendenti tagħna biex niksbu aħjar l-għanijiet personali u organizzattivi. Wieħed jista 'jara li għandna bżonn ntejbu l-memorja tagħna. Cistanche deserticola jista 'jtejjeb b'mod sinifikanti l-memorja, minħabba li Cistanche deserticola jista' wkoll jirregola l-bilanċ ta 'newrotrasmettituri, bħal żieda fil-livelli ta' acetylcholine u fatturi ta 'tkabbir. Dawn is-sustanzi huma importanti ħafna għall-memorja u t-tagħlim. Barra minn hekk, il-laħam jista 'wkoll itejjeb il-fluss tad-demm u jippromwovi l-kunsinna tal-ossiġnu, li jista' jiżgura li l-moħħ jirċievi biżżejjed nutrijenti u enerġija, u b'hekk itejjeb il-vitalità u r-reżistenza tal-moħħ.

Ikklikkja taf modi biex ittejjeb il-funzjoni tal-moħħ

Iddisinna kompitu li kapaċi jiddiżambigwa tipi distinti ta’ rappreżentazzjonijiet. F'netwerks newrali rikorrenti ottimizzati għall-kompitu, investigajna mekkaniżmi ta 'ċirkwit possibbli għal rappreżentazzjonijiet ta' kontinġenza u sibna li dawn ir-rappreżentazzjonijiet jistgħu jispjegaw osservazzjonijiet newrofiżjoloġiċi mill-kortiċi prefrontali waqt il-kompiti tal-memorja tax-xogħol.

L-esperimenti tagħna wrew li l-imġieba umana hija konsistenti ma 'rappreżentazzjonijiet ta' kontinġenza u mhux ma 'mudelli sensorji tradizzjonali ta' memorja ta 'ħidma. Fl-aħħarnett, iġġenerajna previżjonijiet falsifikabbli għal data newrali biex nidentifikaw rappreżentazzjonijiet ta 'kontinġenza fid-data newrali u biex jiddissoċjaw mudelli differenti ta' memorja ta 'ħidma. Is-sejbiet tagħna jikkaratterizzaw strateġija rappreżentattiva newrali li tista' tgħaqqad il-memorja tax-xogħol, l-ippjanar u t-teħid ta' deċiżjonijiet li jiddependi mill-kuntest.

Memorja ta' ħidma|mudell komputazzjonali|netwerk newrali|ġeometrija rappreżentattiva.

F'ambjenti li jvarjaw fil-ħin, konjizzjoni flessibbli teħtieġ il-kapaċità li taħżen u tikkombina l-informazzjoni matul iż-żmien biex tiggwida l-imġieba b'mod xieraq. Fil-paradigms tal-kompiti ta 'dewmien użati b'mod komuni, stimulu sensorju temporanju jipprovdi informazzjoni, li l-aġent għandu jżomm internament matul dewmien mnemoniku twil sekondi biex jiggwida rispons futur (1-4).

Il-memorja ta 'ħidma hija funzjoni konjittiva ewlenija għall-manutenzjoni attiva u l-manipulazzjoni ta' informazzjoni rilevanti għall-kompitu għal użu sussegwenti. Biex tiggwida l-imġieba flessibbli, il-kontenut tal-memorja tax-xogħol għandu jinterfaxxa ma 'funzjonijiet konjittivi oħra, bħall-ippjanar u t-teħid ta' deċiżjonijiet dipendenti mill-kuntest. Madankollu fin-newroxjenza, dawn il-funzjonijiet ġew studjati fil-biċċa l-kbira b'mod indipendenti, u għadu mhux mifhum kif il-moħħ jikkoordina dawn il-proċessi fis-servizz tal-imġiba mmirata lejn l-għan.

Rappreżentazzjonijiet interni relatati ma 'stati konjittivi jistgħu jiġu żvelati permezz ta' reġistrazzjoni ta 'attività newrali waqt kompiti mdewma fl-annimali u l-bnedmin. In-newroni fil-kortiċi prefrontali juru xejriet ta 'attività selettiva tal-kontenut waqt dewmien mnemoniku ta' xogħol tal-memorja (5, 6). L-attività ta 'dewmien selettiva matul il-memorja tax-xogħol hija l-aktar komunement interpretata u implimentata f'mudelli komputazzjonali bħala li jirrappreżentaw karatteristiċi ta' stimuli sensorji, li jistgħu jiġu pproċessati biex jiggwidaw rispons aktar tard.

Fil-qafas kunċettwali dominanti, l-istrateġija konjittiva proposta b'hekk tuża rappreżentazzjonijiet tal-memorja tax-xogħol li huma fundamentalment sensorji (5, 6). L-istrateġija sensorja għall-memorja tax-xogħol ġiet ikkontestata minn osservazzjonijiet ta 'attività ta' dewmien prefrontali li jikkorrelataw aħjar ma 'varjabbli ta' diversi kompiti, inklużi azzjonijiet, stimuli mistennija u regoli (2, 3, 7).

Barra minn hekk, il-letteratura dejjem tikber tikkaratterizza selettività mħallta mhux lineari sostanzjali ta 'karatteristiċi fil-kortiċi prefrontali, li fil-prinċipju tista' tappoġġja mġiba dipendenti mill-kuntest (8-10). ippjanar, u teħid ta' deċiżjonijiet li jiddependi mill-kuntest.

L-immudellar komputazzjonali ġie applikat b'mod produttiv biex jeżamina mekkaniżmi ta 'ċirkuwiti newrali potenzjali li jappoġġjaw funzjonijiet konjittivi, inklużi l-memorja tax-xogħol u t-teħid tad-deċiżjonijiet (11). Il-funzjonijiet tal-memorja tax-xogħol huma komunement immudellati b'ċirkwiti modulari distinti, li ma jagħtux kont ta 'selettività mħallta fil-kortiċi prefrontali u jassumu li l-memorja tax-xogħol iżżomm rappreżentazzjonijiet sensorji (11, 12).

Approċċ ta' mudellar komplementari juża mudelli ta' netwerks newrali artifiċjali, li huma mħarrġa biex iwettqu kompiti konjittivi (13). B'kuntrast ma 'mudelli ddisinjati bl-idejn, mudelli ta' netwerk newrali rikorrenti mħarrġa b'xogħol (RNN) jistgħu jwettqu kompiti ta 'dewmien mingħajr ma jeħtieġu suppożizzjonijiet dwar arkitetturi ta' ċirkwiti strutturati jew il-forma ta 'rappreżentazzjonijiet tal-memorja tax-xogħol (14).

Dan l-approċċ huwa, għalhekk, adattat tajjeb biex jeżamina mekkaniżmi komputazzjonali li permezz tagħhom ir-rappreżentazzjonijiet tal-memorja tax-xogħol jistgħu jappoġġjaw komputazzjonijiet flessibbli (4, 15-18).

Sinifikat

Ir-rabta ta' stati osservati ta' ċirkwiti newrali ma' twemmin, azzjonijiet, u pjanijiet hija għan ewlieni tan-newroxjenza tas-sistemi, iżda li tagħmel hekk tippreżenta sfidi sostanzjali għad-disinn sperimentali, l-analiżi u t-teorija.

Partikolarment fil-qasam tal-kompiti ta 'dewmien, il-loġika ta' rappreżentanza ta 'ensembles newrali ġiet diskussa b'mod wiesa'. Bl-użu ta 'kompitu ta' dewmien li jippermetti kontroll indipendenti tat-talbiet komputazzjonali fuq bażi atrijali, aħna nidentifikaw rappreżentazzjoni ta 'dewmien aputattiva li tirrifletti pjanijiet dwar stimuli mistennija li ġejjin. Ir-rappreżentazzjonijiet ta' kontinġenza jippermettu mappings effiċjenti għar-reazzjonijiet għal varjetà ta' kompiti ta' dewmien differenti.

Netwerks newrali ottimizzati għall-intask, aħna nesploraw kif ir-rappreżentazzjonijiet tal-kontinġenza jirrelataw ma 'fenomeni osservati mil-letteratura tal-memorja tax-xogħol newrofiżjoloġika. Fl-aħħar nett, nuru li l-imġieba tal-bniedem hija konsistenti mar-rappreżentazzjonijiet ta' kontinġenza.

F'dan l-istudju, aħna ninvestigaw l-implikazzjonijiet ta 'strateġija konjittiva li fiha stati interni jirrappreżentaw pjanijiet aktar milli perċezzjoni jew azzjonijiet. Speċifikament, il-qafas teoretiku tagħna jiddefinixxi stati ta 'kontinġenza bbażati fuq kif l-imgieba futuri jiddependu fuq avvenimenti li ġejjin. Iddisinna paradigma tal-kompitu, loġika mdewma kondizzjonali (CDL), biex tiddissoċja strateġiji bbażati fuq kontinġenza minn strateġiji sensorji jew ibbażati fuq l-azzjoni għall-memorja tax-xogħol.

Il-mudelli RNN stretti fuq il-kompitu CDL jiżviluppaw arrikkiment ta 'kontinġenza fir-rappreżentazzjonijiet tal-istat tagħhom, li huwa rifless fl-istruttura ġeometrika tal-mudelli tal-attività tal-popolazzjoni. Ir-rappreżentazzjonijiet interni tal-mudell jaqbdu diversi fenomeni ta 'attività newrali osservati waqt il-memorja tax-xogħol. Aħna ttestjajna l-imġieba tal-bniedem fuq il-kompitu CDL u sibna firem ewlenin ta 'strateġija bbażata fuq kontinġenza fl-imġieba fil-ħin tar-rispons.

Fl-aħħar nett, nipprovdu tbassir falsifikabbli għall-attività newrali biex niddistingwu rappreżentazzjonijiet ta 'kontinġenza minn skemi ta' komputazzjoni alternattivi. Meħuda flimkien, l-istudju tagħna jippreżenta qafas teoretiku għal kif il-memorja tax-xogħol tappoġġja l-ippjanar għal konjizzjoni estiża temporanjament u mġieba flessibbli, li jispjega osservazzjonijiet differenti tal-imġieba u newrali u huwa ttestjat b'mod sperimentali.

Riżultati

Kompitu CDL. F'ħafna kompiti ta 'dewmien użati b'mod komuni, hemm korrelazzjonijiet fost stimuli sensorji, risponsi, talbiet komputazzjonali, jew regoli li jipprevjenu l-attribuzzjoni dissoċjabbli ta' attività newrali għal varjabbli ta 'kompitu konjittiv speċifiku (1, 19). Aħna, għalhekk, fittex kompitu li jinvolvi 1) komputazzjoni fuq inputs informazzjonali separati b'dewmien; 2) stati komputazzjonali intermedji eżatti li jerġgħu jseħħu ta' spiss; 3) provi li għalihom ir-rispons korrett jista' jiġi mbassar waqt id-dewmien fuq xi provi u mhux fuq oħrajn; u4) dekorrelazzjoni ta 'azzjoni, sensorja, regola, u komputazzjoni-state information.

Biex nilħqu dawn it-talbiet, aħna ddisinjati l-kompitu CDL, li tapplika klassifikazzjoni binarja għal żewġ stimuli binarji separati b'dewmien (Fig. 1A). Nirreferu għall-istimoli ta 'dewmien u ta' wara dewmien bħala "cueA" u "cue B," rispettivament. Ir-regoli jistgħu jiġu definiti bħala operazzjonijiet Booleanloġiċi, u regola waħda hija ppreżentata tonikament matul kull prova.

F'kull prova, l-aġent jiġi ppreżentat b'regola tal-kompitu, cue A, u cue B u għandu jiġġenera rispons assoċjat. Per eżempju, fir-regola OR, ir-rispons ta 'l-aġent għandu jkun "wieħed" jekk kwalunkwe cue huwa ugwali għal wieħed. Minn 16 klassifikazzjonijiet possibbli two-bitbinary, aħna se niffukaw fuq 10 regoli (Fig. 1B) li r-rispons huwa dipendenti fuq cues iżda indipendenti mill-ordni ta 'cue.

L-aħħar 10 regoli jinkludu l-operaturi loġiċi (N)OR, (N)AND, u X(N)OR kif ukoll (Anti-)Memory u (Anti-)Rapport. Fil-Memorja, l-aġent għandu jirrispondi bl-istimolu cue A għal dik il-prova, u fir-Rapport, l-aġent għandu jirrispondi bl-istimolu cue B għal dik il-prova. Fiż-żewġ każijiet, "Anti-" jindika inverżjoni tal-output. Regola, cue A, u cue B huma varjati bl-addoċċ bejn il-provi.

Rappreżentazzjonijiet ta' Kontinġenza. Biex iwettaq il-kompitu CDL, l-aġent għandu jżomm rappreżentazzjoni tal-informazzjoni tal-kompitu matul id-dewmien. Wieħed jista 'jistenna li l-aġent iżomm l-istimulusidentity ta' cue A, li jkun biżżejjed biex isolvi l-provi kollha. tweġiba flimkien ma 'informazzjoni fil cue B u regola (5, 20).

"Strateġija ta' azzjoni" alternattiva hija possibbli għal kundizzjonijiet ta' prova li fihom ir-rispons jista' jiġi ppjanat minn qabel matul id-dewmien (2, 21). Barra minn hekk, l-aġent jista' jirrappreżenta l-identità tar-regola, li tiġi ppreżentata matul id-dewmien (3). Dawn ir-rappreżentazzjonijiet mhumiex esklussivi.

For more information:1950477648nn@gmail.com