扩展千脑理论：新皮质长距离连接的功能结构解析与视角转换机制

《Neural Computation》：The Thousand Brains Theory 2.0: An Extension for the Long-Range Connections of the Neocortical Heterarchy

　　

摘要：

Vernon Mountcastle 推测哺乳动物智能的基础在于一种通用计算单元——皮层柱的复制。千脑理论认为每个皮层柱都是一个感觉运动系统，能够通过整合多次运动中的 sensory 输入来学习物体的结构化模型。先前的关于千脑理论的研究主要集中在单个皮层柱内部的计算过程，以及这些柱如何利用长距离连接快速达成共识。然而，该理论并未涉及新皮质中几种重要的长距离连接类型，包括层次性的前馈和反馈连接，以及那些经过丘脑的连接。此外，还有一些理论上的问题未被解决，例如皮层如何学习组合性物体，以及信息如何从传感器的自我中心视角转换为皮层中模型的客观中心视角。在本文中，我们扩展了千脑理论以解决这些问题。首先，我们回顾了新皮质长距离连接的解剖结构，认为它们形成的是一种异构结构而非层次结构，这使得现有理论模型难以理解这些连接的功能。接着，我们为每种连接提出了具体的功能：丘脑将特征的方向和运动信息从自我中心视角转换为学习模型的客观中心视角；层次性的前馈、反馈以及皮层-丘脑-皮层投射使皮层柱能够学习组合性模型。我们讨论了我们的提案与解剖学、神经生理学和行为层面实验结果之间的关系，并为未来的实验工作提供了可检验的预测。最后，我们探讨了扩展后的千脑理论对人工智能设计的影响。