利用機器學習和大腦成像對嘈雜環境中的刺激物進行分類

2021-09-22 01:37:35 字數 1257 閱讀 2658

學習識別和分類物件是一種基本的認知技能,可以讓動物在世界上發揮作用。例如,將另一種動物識別為朋友或敵人,可以決定如何與之互動。同樣地,將植物識別為可食用(或不可食用)可以確保生存。然而,如果動物與環境分離,那麼動物通常無法獲得理想的物體。同樣的物體通常會以不同的視角,如部分的阻礙,或在不理想的光照條件下,都有可能受到影響。因此,在雜訊和退化條件下進行分類研究是必要的。

大腦是如何在退化的條件下處理分類刺激物的?一種可能性是,通常與後部皮層視覺處理(例如v1,v2,v3,v4)相關的大腦區域從其環境(背景噪音)中提取刺激物,而大腦區域通常與分類相關[例如紋狀體,前額葉皮質(pfc),海馬(hc)]且不受退化條件的影響;另一種可能性是,視覺處理不受**條件的影響,但分類系統在較差的**條件下接收到退化的刺激表示,並需要相應地調整其處理。

為了解開這兩個可能性,研究人員在purdue mri設施中進行掃瞄,同時對具有不同透明度水平的面具覆蓋的新穎抽象刺激物進行分類。先進的機器學習方法被用來處理大腦活動,並嘗試僅基於測量的大腦活動來**刺激物的觀察條件。這個過程有時被稱為「讀心術」,並使用支援向量機(svm)。全腦分析的結果表明, svm可以區分最惡化的視覺條件和其他兩個(退化)檢視條件。

通過對svm學習模式的分析,發現後視區v1、v2、v3和v4在不同的觀測條件下是最重要的。這一結果得到了關注特定腦區的興趣區域(roi)分析的進一步支援。roi分析表明,腦區v1、v2、v3和v4的活動各自能夠識別刺激物惡化的水平。相比之下,通常與刺激物分類相關的紋狀體、pfc和hc,無法識別刺激物惡化的水平。

總之,這些結果支援這樣的假設: 當刺激物難以從其背景環境中提取時,視覺系統中的處理在將刺激物分類到適當的大腦系統之前提取刺激物。這些研究結果對於認知神經科學在視覺方面的工作與認知神經科學在分類方面的工作有重要意義。它對神經系統病人群體也有重要的影響。例如,只影響後視系統的腦損傷患者可能具有未受損的分類能力,那麼,就可以從他們的環境中隔離視覺刺激物而受益。

相反,直接影響分類系統的疾病,例如亨廷頓氏病,應該使視覺系統基本保持完好,而將視覺刺激物與環境隔離開來可能對這種情況沒有幫助。顯然,需要做更多的工作來更好地理解大腦處理資訊的方式,而機器學習方法(如svm),可能會允許加速這些發現。

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