作者:Daniel W. Moran 来源:《科学》 发布时间:2012-7-23 10:31:18
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科学家读出猴子内心想法

 
当人们看到一个神经元参差不齐的脑电记录时,可能会奇怪,从这里能得到多少有用的信号?据物理学家组织网7月20日报道,美国华盛顿大学圣路易斯分校科学家设计了一项实验,让两只猴子绕过障碍物抓取目标物,通过解码它们执行任务时的脑电活动,能看到它们打算采取的“策略”,而且能清晰显示出它们不同的性格。该研究发表在7月19日的《科学》杂志网站上。
 
研究人员给神经元放电率设置了参数,并将执行任务中牵涉到的参数进行编码。他们利用了一种专门测试随意运动控制的标准任务,叫做“中心—外围任务”,然后随机选择了两只猴子进行实验,两只猴子恰好一只非常活跃,一有风吹草动就过早行动;另一只则很安静,观察着直到所有条件都显露出来才采取下一步行动。活跃型猴子称为H猴,安静型猴子称为G猴。
 
在任务中,猴子要把手从中心位置移动到目标位置,目标物围绕中心放置。该校工程学院生物医学工程副教授丹尼尔·莫兰解释说,要完成这一任务,猴子需要3条信息:手的当前位置、目标位置和速度向量。
 
从猴子本身来说,以直线路径无障碍地到达目标,则无法将速度编码和目标位置编码区别开,因为手的初速度方向和目标位置方向总是相同。为了区别目标位置和运动方向,博士生托马斯·皮尔斯在中心—外围任务的基础上,设计添加了一种障碍回避任务。改进后的任务还包括多个起点位置,以此把位置神经编码和速度神经编码区别开。
 
在任务第三阶段,公共向量表示朝向目标位置的速度。障碍出现后,猴子必须将手移动一个弧形才能到达目标,这时公共向量就延长且再次指向目标。如果没有出现障碍,猴子会直接把手移动到目标,也就是说,猴子脑中编码的目标位置和起点位置不在同一直线上时,它必须把目标位置“记在心里”。“这就是设计任务所要做的。”莫兰说。
 
研究人员将两只猴子的实验数据分别解码,得到了清晰的图景。它们打算采取哪种策略完成任务在第二阶段清晰地显示出来,能看出它们完成任务的方式非常不同。事实上,这就是猴子的“内心想法”。
 
在此阶段,目标物已出现但障碍物尚未出现。在执行任务时,H猴没有等待,它的公共向量显示,它准备朝直接到达目标的方向行动,而障碍物出现后,它的公共向量缩短转向另一个方向,显示出它不得不改变方向以避开障碍物。而G猴在此阶段比较悠闲,耐心等着障碍物出现后,它才开始计划行动方向,以避开障碍。由于G猴不需要校正方向,所以能更快抓住目标。
 
这能否说明它比H猴的冒进策略更有利?研究人员解释说,在大部分没有障碍物的实验中,H猴比G猴能更准确地抓住目标。也许从认知类型上讲,H猴更适合一个“打地鼠”(即需要快速直接反应能力)的世界,而G猴在不需要拟定计划的情况下就会处于劣势。(来源:科技日报 常丽君)
 
 
 
 
 
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