Implicit / Explicit 泛化學(xué)習(xí)

時域問題的生理學(xué)基礎(chǔ)

身體姿勢的預(yù)測發(fā)生在小腦內(nèi)贮庞，forward modeling 發(fā)生在小腦內(nèi)巍杈。小腦損傷的人接不住自己手上掉落的東西，也無法借助別人掉落的東西刨肃。

神經(jīng)傳導(dǎo)延遲+肌肉的低通性特征让虐，導(dǎo)致傳出信號有延遲。

最快的傳導(dǎo)10-40ms蜡歹，稍長一點兒的神經(jīng)纖維，延遲會再增加20-30ms涕烧；

肌肉的延遲要花費25ms左右月而。從勻到皮層到手臂肌肉的傳導(dǎo)延遲大概在16ms左右，也就是說议纯，從運動皮層下達(dá)的命令最快要40ms左右才能在肌肉中產(chǎn)生力父款。

其他形式的延遲花費的時間更長，比如：視覺刺激引起的非自主動作動作反應(yīng)時間要110-150ms之間瞻凤。

前庭-眼反射通路時間最短憨攒，10ms左右。但是運動時間超短的運動阀参，如眼跳肝集，在感覺延遲之前就完成了動作，不能用運動反饋來指導(dǎo)運動蛛壳。（動作已經(jīng)完成了杏瞻，感覺信息還沒到）

實際運動中，對象手實際的位置和視覺看到的位置會出現(xiàn)差異衙荐。通常捞挥，大腦神經(jīng)系統(tǒng)會根據(jù)身體所處位置和接受到的視覺信息來預(yù)測將要進行的動作，叫做forward model赫模，前測模型可以用于抵消delay和noise的影響树肃。 但這個預(yù)測模型通常也不會太準(zhǔn)確，所以可以表示為 貝葉斯 方式 + 感覺輸入 +前測模型來調(diào)整動作瀑罗。

Reaching tasking中胸嘴，受試者能全程看到他們的手臂運動的話，視覺比手臂要提前196ms到達(dá)目標(biāo)位置斩祭。如果加了擾動以后劣像，手臂位置不按照原先計劃做運動的話，視覺會在擾動會100ms被抑制摧玫，然后重新計算新的目標(biāo)路線（比手臂運動提前150ms看到新目標(biāo)）耳奕。但是如果把擾動變?yōu)橥獠苛霭笄啵茉囌呔蜔o法準(zhǔn)測預(yù)估手的位置。

使用機械臂可以將為做動作而做的運動和手臂的感覺記憶分離開屋群。通過增加delay或者移動方向闸婴，都能讓觸覺變得更加敏感。感覺知覺在預(yù)測機制的空間和時間維度上芍躏，都十分可靠邪乍。

當(dāng)受試者被取掉垂直于運動方向的視覺信息時，他們可以適應(yīng)動作对竣，但無法修改運動方向庇楞，因此無法達(dá)到原始目標(biāo)。

推測：視覺影響動作方向和路徑規(guī)劃否纬。沒有本體感覺后吕晌，僅靠視覺也能完成視覺旋轉(zhuǎn)任務(wù)，視覺信息是影響動作學(xué)習(xí)和路徑規(guī)劃的主要因素临燃。

感覺運動控制中有5個計算理論：Optimal feedback control, 阻抗控制睛驳、predictive control, 貝葉斯決策理論和感覺運動學(xué)習(xí)理論。

貝葉斯理論可以用于處理感官系統(tǒng)中的noise, 目標(biāo)的不確定性谬俄，將感官反饋和已有的信息結(jié)合起來以減少運動的不確定柏靶、不穩(wěn)定；

OFC用于解決冗余問題溃论，找到更準(zhǔn)確的問題；

前測控制可以處理運動中的延遲問題痘昌，比如感官反饋的延遲問題钥勋；

阻抗控制可以解決反饋延遲、抗干擾問題辆苔；

感覺運動學(xué)習(xí)理論可以處理神經(jīng)肌肉的不穩(wěn)定狀態(tài)算灸、肌肉的非線性相應(yīng)和系統(tǒng)的延遲問題。

視覺提示（cue）有助于形成運動記憶驻啤，但是空間視覺和本體感覺的改變比context改變的影響更大菲驴。

比較年輕人和老年人姿勢控制中躁關(guān)節(jié)肌肉協(xié)同作用的差異，發(fā)現(xiàn)在安靜站立骑冗、功能性夠物赊瞬、邁步等多個姿勢任務(wù)中老年人寐關(guān)節(jié)姿勢協(xié)同作用均強于年輕人，并且平衡能力較差的老年人姿勢協(xié)同作用更強贼涩。該結(jié)果表明老年人通過加強肌肉的協(xié)同作用來代償其姿勢控制能力的下降巧涧。

當(dāng)動作從有意識到無意識動作轉(zhuǎn)變，完成自動化的過程遥倦，不會降低動作的

TMS谤绳，經(jīng)顱刺激研究中，給被試左右視野分別呈現(xiàn)兩個白色正方形。右側(cè)眼對左側(cè)的正方形覺察延遲了20-30ms缩筛。在左側(cè)無影響消略。當(dāng)給被試兩個條形碼的時候，右側(cè)更先看到瞎抛，左側(cè)刺激先出現(xiàn)200ms時候雙側(cè)眼才會同時產(chǎn)生知覺疑俭。

后頂葉皮質(zhì)、顳頂聯(lián)合區(qū)婿失、基底神經(jīng)節(jié)钞艇、右半球前扣帶回和前輔助運動區(qū)負(fù)責(zé)時序辨別。

除了外顯的時序知覺豪硅，內(nèi)隱通道也利用了時間信息的多感覺整合在相繼的刺激對后表現(xiàn)出校準(zhǔn)（Asakawa哩照，Tanaka，&Imai 2012懒浮；Fujisaki et al,2004）飘弧，甚至成年貓上丘的多感覺神經(jīng)元通過適應(yīng)也能夠?qū)Υ嬖谘臃档囊暵牬碳ψ鞒稣系姆磻?yīng)Yu stein,&Rowland,2009)

Connectivity of the ventral visual cortex is necessary for object recognition in patients

畢彥超

想解決的問題：腹側(cè)視覺皮層本區(qū)域or 視覺皮層與其他區(qū)域皮層的連通性影響對象識別能力？

解決的方法：

被試：68名19-96歲大腦有損傷病人砚著， Mean Age=45

任務(wù)：口頭重復(fù)簡單單詞or句子+7個簡單計算題+伯明翰物體識別大下匹配任務(wù)(對比屏幕中兩個點的大小)次伶。

MRI

結(jié)論：大腦海馬旁回和內(nèi)側(cè)梭狀回正常的病人中，大腦白質(zhì)區(qū)域的連接模式和腹側(cè)視覺區(qū)域的功能性連接可以預(yù)測人的物體識別能力稽穆。

Decoding Visual Location From Neural Patterns in the Auditory Cortex of the Congenitally Deaf

研究背景：盲人的非視覺信息處理能力比正常人更好冠王，聾人的聽覺皮層可以選擇性的用于處理視覺和體感刺激。

想解決的問題：聽覺皮層和視覺刺激的關(guān)系舌镶？

被試：10聾人

方法: 分析聽力和視覺皮層中血氧水平柱彻。

結(jié)果：聾人的聽覺皮層中對視覺刺激產(chǎn)生反應(yīng)，且水平方向的刺激更有效餐胀。

Neural representation of visual concepts in people born blind

要解決的問題：抽象的概念和具體可描述的經(jīng)驗之間哟楷，如何區(qū)分？ 如“正義”“自由”的概念怎么和具體的形狀否灾、大小卖擅、顏色這樣可以感知到的具體特征 聯(lián)系在一起的？

背景：一般通過對比受試者對抽象和具體單詞的大腦反應(yīng)實現(xiàn)墨技。抽象的詞語學(xué)習(xí)的時間借點更晚惩阶，人們對抽象概念的理解也比較陌生。

方法：讓天生的盲人將完全抽象的概念和完全具體的物體結(jié)合在一起健提，觀察大腦神經(jīng)特征琳猫。（盲人無視力相關(guān)的抽像能力）。如對比：讓盲人將“自由”和“杯子”聯(lián)系在一起私痹，將“雨”與“彩虹”脐嫂、方形與“紅色”聯(lián)系在一起统刮。

結(jié)果:大腦內(nèi)側(cè)ATL與額葉、頂葉以及腹側(cè)皮層的多感官對象區(qū)域連接更好账千。能對不可感知的抽象詞語進行參照侥蒙。結(jié)果認(rèn)為后背側(cè)ATL能理解更抽象、與感覺無關(guān)的詞語匀奏。相反鞭衩，內(nèi)側(cè)ATL對感覺特征可以感知的具體概念更加偏愛。（ATL-雙側(cè)前顳葉）

The role of vision in the neural representation of unique entities

要解決的問題：人在聽到名人娃善、名景點時候论衍，大腦激活明顯？ 跟視覺經(jīng)驗是否有關(guān)聚磺？

結(jié)果：盲人和視力正常的人在聽到名人或者著名景點的時候坯台，大腦激活狀態(tài)趨于一致。說明瘫寝，大腦不依賴情態(tài)記憶蜒蕾，與視覺無關(guān)（modality independent）。認(rèn)為可能是由注意力和情景記憶檢索之間的相互作用焕阿。在TPJ和雙邊PCC的激活較明顯咪啡，而這些區(qū)域一般和情節(jié)記憶、社會認(rèn)知相關(guān)暮屡，這些區(qū)域也和抽象認(rèn)知相關(guān)撤摸。（后扣帶回皮層PCC 內(nèi)側(cè)前額葉皮層medPFC和顳頂連接TPJ）。

理論上來講栽惶，ATL-雙側(cè)前顳葉也應(yīng)該有激活愁溜，但是他們沒在這個實驗里面發(fā)現(xiàn)預(yù)期中特別明顯的激活，他們認(rèn)為與實驗本身有關(guān)外厂。

Jordan A.Taylor

Generalization via superposition: combined effects of mixed reference frame representations for explicit and implicit learning in a visuomotor adaptation task

要解決的問題：運動是如何實現(xiàn)泛化的？ 也就是代承，運動內(nèi)隱和外顯系統(tǒng)如何協(xié)作的問題汁蝶。

泛化過程：

大腦調(diào)用類似運動命令的過程。

由于內(nèi)部或外界的刺激论悴，通過感受器（視覺掖棉、聽力、本體感受器膀估，這個部分主要指本體感受器）傳到大腦皮層幔亥，這個過程動作僵硬、不協(xié)調(diào)察纯，容易多余的動作帕棉、而且動作很費力针肥。

研究背景：

很多人認(rèn)為，外顯和內(nèi)隱系統(tǒng)是分離的香伴，但其實動作學(xué)習(xí)過程是多個過程結(jié)合的步驟慰枕。比如：視覺上重新定位（外顯）+動作適應(yīng)（內(nèi)隱）不斷調(diào)整，才能達(dá)到最優(yōu)即纲、最穩(wěn)定動作具帮。

視覺的反饋會失真。

視覺旋轉(zhuǎn)任務(wù)中低斋，雖然都可以到達(dá)endpoint的目標(biāo)蜂厅，但是關(guān)節(jié)的協(xié)同作用不一樣。也就是膊畴，動作熟悉以后掘猿，肌肉激活和關(guān)節(jié)扭矩都更加趨于一致了“捅龋跨肢體的動作术奖，是泛化疊加的效果。

而選擇有延遲的終點反饋能破壞內(nèi)隱過程轻绞。

實驗設(shè)計理念：先task irrelevant visual error來進行內(nèi)隱學(xué)習(xí)采记，但給出的視覺反饋與實際運動軌跡無關(guān)。（運動軌跡處于手實際運動和視覺反饋夾角之間）政勃，來抑制外顯學(xué)習(xí)唧龄。

實驗：

被試：48人，分為三個組 內(nèi)隱奸远、外顯既棺、組合學(xué)習(xí)組

任務(wù)：機器手臂上下顛倒，讓手臂主要在水平面運動懒叛。分兩個工作臺丸冕，W1為訓(xùn)練區(qū)，W2是轉(zhuǎn)移任務(wù)區(qū)薛窥。目標(biāo)區(qū)為7.5cm的同心圓胖烛，每15°一個標(biāo)記（受試者不可見）。

受試者先在W1學(xué)會30度旋轉(zhuǎn)情況下的學(xué)習(xí)任務(wù)诅迷。外顯學(xué)習(xí)收到1.5s的delay佩番，內(nèi)隱學(xué)習(xí)過程始終旋轉(zhuǎn)偏移量始終為30°。Combined condition：正確的視覺反饋克服視覺旋轉(zhuǎn)罢杉，內(nèi)隱+外顯趟畏。

流程：

開始前，手的位置為灰色空心圓滩租；? 放手赋秀，白色利朵；? 手放置300ms后，目標(biāo)出現(xiàn)1/24沃琅。（對動作和位置進行切割哗咆，為最小化反饋作用對動作的修正，強調(diào)了前饋的作用益眉。）

三種反饋：delayed end-point feedback, clamped visual feedback, or continuous online feedback.

delayed end-point feedback：1.5秒后出現(xiàn)在circle上（外顯）

clamped visual feedback：軌跡始終偏移30°（內(nèi)隱）

continuous online feedback：一旦運動軌跡超過7.5cm晌柬，反饋軌跡會在屏幕上停留1秒.（最后看能否通過內(nèi)隱/外顯的結(jié)果說明Combined組的結(jié)果，以獲取明確的函數(shù)結(jié)果）郭脂。

Delay 和 online情況下年碘，如果反饋軌跡與目標(biāo)部分重疊，藍(lán)色的目標(biāo)就變?yōu)榫G色展鸡。不重疊屿衅，紅色。

流程：

Familiarization: W1 和W2各24次莹弊，每個位置一次熟悉涤久。

Pre-Ro: 3*48，共144個trail忍弛，僅50%的實驗顯示視覺反饋响迂。也就是說，每兩個trail中细疚，就會有一個基線的數(shù)據(jù)收集蔗彤，48個trail里面，有24個都是probe trail, 作為基線使用疯兼，每個位置都有三次probe然遏。

Rotation: 在W1，進行0°吧彪，45°待侵，90°，135°姨裸，180°诫给，225°，270°啦扬，315°方向上的30°偏移旋轉(zhuǎn)訓(xùn)練100次。

Post-Ro: 為確保泛化模式凫碌，24個方向扑毡，每個方向進行3個沒有視覺反饋的Probe trail。然后每兩次trail后盛险，都恢復(fù)視覺反饋瞄摊，確保學(xué)習(xí)效果勋又。

測量指標(biāo)：

目標(biāo)和到達(dá)目標(biāo)之間的角度差；

W1和W2之間的差異

g為泛化函數(shù)换帜，振幅為k, σ為特征寬度（center）楔壤，h為偏移常量（垂直偏移量）

目標(biāo)位置與測試目標(biāo)之間位置差：

根據(jù)肩肘關(guān)節(jié)關(guān)系：

泛化效果預(yù)測：

W2的泛化取決于學(xué)習(xí)的Frame, 如果將學(xué)習(xí)映射到泛化過程中。就會是W2-W1=45°（最好狀態(tài)下惯驼，45°為W1和W2之間的角度）蹲嚣。純外顯，0度祟牲。純內(nèi)隱學(xué)習(xí)隙畜，應(yīng)該是45°（）。 但是考慮到內(nèi)隱和外顯結(jié)合的比例未知说贝，泛化預(yù)測的效果應(yīng)該在0＜W2-W1＜45°议惰。

結(jié)果：

受試者學(xué)會了內(nèi)隱和外顯，

同時也證明了這個范式有效乡恕。

內(nèi)隱和外顯學(xué)習(xí)的泛化結(jié)果：

采用post-rotation中無視覺反饋的Probe trail評估泛化模式言询。

使用高斯擬合

W1中內(nèi)隱的中心位置接近0， 振幅為10.5.傲宜，有35°左右的視覺旋轉(zhuǎn)補償运杭。泛化條件下，寬度為29.9°蛋哭。

W1中的外顯中心位置接近0县习，振幅為16.7，低于旋轉(zhuǎn)的30°谆趾。組合在一起的時候.? Combination情況下躁愿，寬度為24.3

W1中的內(nèi)隱幅度小于外顯學(xué)習(xí)。

W2中沪蓬，外顯的中心在13.9彤钟，振幅為9.5°。寬度為36.3. 和W1沒有大區(qū)別跷叉，但是泛化峰值更偏向外顯逸雹，從W1轉(zhuǎn)移到W2的存留效果顯著變小。

W2中云挟，內(nèi)隱的中心為22.7梆砸，振幅為3.8。W2中的泛化量和W1中沒有大的區(qū)別园欣，說明雖然內(nèi)隱學(xué)習(xí)峰值泛化對肢體的姿勢敏感帖世，但泛化效果穩(wěn)定。

泛化過程中內(nèi)隱/外顯作用的加權(quán)：

外顯學(xué)習(xí)的泛化主要參照外顯學(xué)習(xí)策略沸枯，而內(nèi)隱學(xué)習(xí)的泛化過程內(nèi)隱和外顯均勻混合日矫。

----使用貝葉斯增益內(nèi)隱和外顯模型之間的擬合優(yōu)度赂弓，進行比較。

外顯學(xué)習(xí)的泛化：外部模型和僅內(nèi)部模型擬合到泛化函數(shù)分別產(chǎn)生71.2和57.6的BIC值哪轿。相反盈魁，增益場模型對泛化函數(shù)的擬合的BIC值為49.1。假設(shè)模型的BIC值之差> 4.6窃诉，則此結(jié)果表明杨耙，外顯學(xué)習(xí)下，增益場模型對廣義函數(shù)的擬合效果更好褐奴。

內(nèi)隱學(xué)習(xí)的泛化：外部模型和僅內(nèi)部模型的BIC值分別為47.6和49.2按脚，而增益場模型的BIC值為28.2。與外顯學(xué)習(xí)相似敦冬。

無論是在純外部參考框架還是純內(nèi)部參考框架中辅搬，單獨外顯或內(nèi)隱條件下的泛化模式無法單純解釋學(xué)習(xí)過程。

結(jié)論：

隨著姿勢變化脖旱，外顯的泛化效果變化堪遂。相反，內(nèi)隱泛化能隨著姿勢改變保持泛化效果萌庆。

實驗：

2*2 -----有口頭指導(dǎo)/無口頭指導(dǎo) * 端點反饋/在線反饋

實驗前口頭報告目標(biāo)位置

目標(biāo)光標(biāo)：綠色

有指導(dǎo)：報告目標(biāo)位置兩側(cè)的鐘表盤數(shù)字溶褪，報告光標(biāo)計劃目標(biāo)

無指導(dǎo)：僅目標(biāo)位置顯現(xiàn)，手臂位置和曲線隱藏

端點反饋：開始運動時候践险，光標(biāo)消失猿妈，并在7cm后重新出現(xiàn)。超過7cm變紅色

在線反饋：整個范圍都可見（超過7cm）巍虫。超過7cm變紅色