Songbird数据收益率学习感觉运动技能的新理论

鸣鸟学会唱歌的方式类似于人类如何学会说,听他们的父亲和试图重复的声音。鸟的大脑发送命令到声带肌肉唱歌听到,然后大脑一直试图调整命令,直到声音回声所做的一个家长。

在这样的试错过程感觉运动学习,一只鸟不仅记得最好的命令,但一整套的可能性,表明埃默里大学的科学家的一项研究。

美国国家的科学院院刊》(PNAS)发表研究结果,其中包括一个新的数学模型的分布感官学习中的错误。

“我们的研究表明,动物知道,即使是完美的神经命令不会导致每次都正确的结果,“Ilya Nemenman说,埃默里教授的生物物理学和论文的资深作者。“动物,包括人类,想要探索和跟踪一系列可能性时学习为了弥补可变性的东西。”

Nemenman使用的例子学习摇摆一个网球拍。“你很少会在球拍的击球准确的甜蜜点,”他说。”,每天当你拿起球拍玩秋千是有点不同,因为你的身体是不同的,球拍和球的不同,和环境条件是不同的。所以你的身体需要记住一系列的命令,为了适应这些不同的情况和得到你想要的球去哪里。”

该研究的第一作者是宝华周,物理的研究生。合作者包括大卫·霍夫曼和Itai Pinkoviezky(物理学博士后)和塞缪尔冷静、生物学副教授。

传统学习理论的提出,动物使用感觉误差信号为零的最优运动命令,基于正态分布的可能的错误——所谓的钟形曲线。然而,这些理论无法解释的行为观察小感觉错误更容易纠正,而更大的可能被忽略的动物。

的科学院院刊的那篇论文中,研究人员分析了实验数据在白腰文雀收集以前的工作与清醒的实验室。实验室使用雀作为一个模型系统对于理解大脑如何控制复杂的声乐行为和运动行为。

微型耳机头成年鸟和用于提供听觉反馈的音高鸟感知它鸣叫可以操纵,取代什么鸟听到——自然听觉反馈——与操作的版本。鸟儿将努力纠正音调他们听到匹配的声音。实验允许研究人员记录和测量之间的关系鸟感知声音的大小错误,和大脑的概率修正的具体尺寸。

研究人员分析了数据的变化,发现错误修正没有正态分布的钟形曲线,正如前面提出的。相反,有长尾分布的变化,表明动物相信即使是大波动马达命令可能有时会产生正确的音高。研究人员还发现,鸟儿结合他们的假设电机命令和沥青之间的关系与新信息,他们的大脑收到他们的耳朵而唱歌。事实上,他们做了这个惊人的准确。

“鸟儿不只是试图唱以最好的方式,但似乎探索和尝试的巨大差异,“Nemenman说。“通过这种方式,他们学会正确的小错误,但他们甚至不尝试纠正大错误,除非大错误是分解和逐步建立起来的。”

研究人员创建了一个数学模型对这一过程,揭示多小的模式迅速纠正错误和大花更长时间纠正错误,可能会完全被忽视,当他们与动物的“信仰”的错误感觉运动系统可以产生。

“我们的模型提供了一个新的动物如何学习理论,一个允许我们做出预测对于我们已经测试了实验的学习,“Nemenman说。

研究人员目前正在探索如果这个模型可以用来预测学习在其他动物,以及预测为人们更好的康复协议处理主要中断他们的学习行为,比如中风康复的时候。

本文从提供的材料已经再版埃默里大学。注:材料可能是长度和内容的编辑。为进一步的信息,请联系引用源。

引用:
周,B。霍夫曼,D。Pinkoviezky,我。清醒,s . J。& Nemenman i (2018)。机会,长尾,和推理的非高斯,贝叶斯理论的声乐学习的小鸟。美国国家科学院院刊》上,201713020。