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プレディクティブ・コーディング

Predictive coding in the visual cortex: a functional interpretation of some extra-classical receptive-field effects

今日の輪講で同学年のKSくんが紹介してくれた予測符号化の論文を要約します。

視覚野の情報処理は視覚刺激を予測することであるという観点で、視覚野の情報処理の計算モデルを提案しています。我々の視覚野は網膜、LGN、V1、V2、、、というように階層構造を持っていてます。解剖学的には、低次の領野から高次の領野へというフィードフォーワードの結合があるだけでなく、高次の領野から低次の領野へのフィードバックの結合もあります。しかもフィードバックの方が多いと言われています。これまでのモデルでは、フィードフォーワードの結合しか考えられていませんでした。そこでこの論文では、高次の領野が、低次の領野から入ってくる次のステップの視覚情報を予測しているとして、フィードバックの情報はその予測値であるといっています。そして、フィードフォーワードの情報は、高次野で予測された視覚情報と入力された視覚情報の誤差であるとします。結局、上の層に送られるのは予測誤差で、下の層に送られるのは予測値であるというモデルです。これが階層構造を持っているのです。また、上位の層の細胞は複数の下位の層の細胞から入力を受けていて、複数の下位の層にフィードバックを返しているとします。

シミュレーションにより、end-stopped cell(receptive fieldに棒の終端があるような刺激に反応する細胞)の応答を説明できるとしています。つまり、end-stopped cellは予測誤差に反応する細胞(誤差検出細胞)なのです。自然画像には「棒の終端」のような画像よりも縞模様が多く含まれています。ですから上位層は縞模様を予測します。しかし、入力された画像は「棒の終端」だったとします。そうすると予測誤差が大きく生じてend-stopped cellと呼ばれている細胞が応答するのです。さらにextra-classical receptive field effects(receptive fieldの外に何らかの刺激があるときとないときで反応が変わるという現象)を説明できるといっています。上位層はreceptive fieldの中と外に同じような刺激があると予測します。receptive fieldの内と外で刺激が同じなら、誤差検出細胞は発火しません。しかし、内と外が異なっていると発火するのです。

この論文の話と同じことを一般向けに説明した本を紹介しておきます。
ジェフ・ホーキンス 考える脳 考えるコンピューター


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テーマ:心・脳・言葉・人工知能 - ジャンル:学問・文化・芸術

2006.03.03 | | Comments(5) | Trackback(0) | 論文の紹介

ポピュレーション・コーディング

Information processing with population codes

今日の輪講で後輩のSくんが紹介してくれましたポピュレーション・コーディングのレビュー論文です。
計算論的神経科学において、脳の神経回路でどのように情報がコードされているか、という問題があります。それに対する有力な説がポピュレーション・コーディングです。ポピュレーション・コーディングとは、複数の異なる値にそれぞれ活動のピークをもつ神経細胞のベクトル表現により、知覚刺激の運動方向などをコードしているというものです。単純なモデルは、

 r = f(s) + n

sは符号化する変数、f(s)は応答関数(チューニングカーブ)、nはガウスノイズ、rは細胞の発火頻度です。ここではfはそれぞれ異なる平均(preferred directioon)をもつはガウシアンと仮定しています。
神経細胞の活動rが得られたときに刺激sをデコードするには、ベイズの法則より、

 P(s|r) = kP(r|s)P(s)

として最尤推定やMAP(maximum a posteriori)推定などをして、sを求めます。また、Deneveらが大脳皮質の構造に似た側方に結合のあるニューラルネットで最尤推定によるデコーディングができることを示しているようです。

最後に、上記の単純なコーディングモデルでは、Transparent motionや覗き窓問題に対応できないので、非線形なモデルに拡張する必要があると論じられていました。


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2006.02.03 | | Comments(1) | Trackback(0) | 論文の紹介

意志は心のトリック?

The mind's best trick: how we experience conscious will

私たちはある行動を行おうと思ってからそれを実行をしていると思っています。しかし、本当は「意志があって行動」という因果関係は存在しないのかもしれません。実際には、心(脳)が私たちに、あたかも意志が行動を生じさせたように見せかけているのではないか、というのが本論文の主張です。

意志と行動が乖離している生理学的な知見をいくつかあげています。
1、ペンフィールドの実験では、大脳の運動エリアを直接電気刺激してやると腕が動くが、被験者は腕を動かしたとは感じずに、ペンフィールドに腕を引っ張られたと感じた。
2、TMSで被験者の左と右の運動エリアを交互に刺激してやると人差し指が動くのだが、被験者は自分の意志で動かしたと報告した。
3、リベットが行った実験では、運動準備電位→被験者の意志→運動、という時系列になっていた。
その他の例として、統合失調症患者の幻覚やこっくりさんなどを紹介しています。

また、どのような場合に意志を経験するかについて、3つの原理をあげています。
1、優先度(priority):行動の前に行動と関係のあることを考えた場合
2、一致性(consistency):考えていたことと行動の結果に一貫性があるような場合
3、排他性(exclusivity):行動について他に考えられる原因が無い場合

意志と行動の関係を計算する私たちの心のシステムは、私たちに意志を経験させるが、それはおおざっぱなものでしかないのだから、多くの場合で間違った推定をしてしまう。


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テーマ:心・脳・言葉・人工知能 - ジャンル:学問・文化・芸術

2006.02.02 | | Comments(0) | Trackback(0) | 論文の紹介

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