顽固的小脑

心理科学家很少把性格特征的大脑区域。海马不是称为变化无常,前额叶皮层不像认真的特点,扁桃体不叫双面或奸诈。但在小脑中,理查德·b·艾乌利的加州大学伯克利分校,让一个好理由为什么我们应该叫它固执。

艾乌利的研究侧重于认知和运动控制,探索人们如何选择自己的行为,学习技能和生产协调运动。他的研究经常利用行为和神经科学措施,包括fMRI,经颅磁刺激(TMS),和计算建模研究健康人以及个人患有帕金森病,小脑变性、皮质病变。通过这些研究,艾乌利已经能够检查特定大脑区域的贡献不同的学习机制和辨别的功能不同的过程,人类意识之外运作。

在他的威廉·詹姆斯奖地址在2016年APS年会在芝加哥,艾乌利专注于小脑的“固执”性质,强调行为研究,照亮我们的感觉运动系统的独特属性。后,詹姆斯和他的学生的研究的历史,格特鲁德·斯泰因,伯克利大学心理学系的创始人,乔治·斯垂顿艾乌利一起简单的行为结果和特定的大脑功能。

学习运动技能

艾乌利首先解释测试发展的三个阶段提出的劳动环境先锋保罗•费茨和APS威廉·詹姆斯研究员迈克尔·波斯纳。这些包括

• 认知阶段,在此期间,个人理解手头的任务和如何处理;
• 联想阶段,在此期间,个人学习需要什么运动来产生所需的
  行动;和
• 长自治阶段,在此期间,个人实践和发展运动技能,直到它是自动的。

但在个人学习运动技能,他们需要不断调整和校准匹配的背景和当前环境的运动。艾乌利提到他的儿子和他们的可调的篮球筐上精心制作的过程:随着孩子的成长,艾乌利提高了篮球,尽管他们没有学习一个全新的技能达到更高的呼啦圈,他们必须认识到高度差(即。,重新认知阶段),并重新调整他们的运动系统(即适应形势。重新关联阶段,确定需要多大的力来达到更高的箍以及返回到自治阶段练习新运动,直到它自动)。

艾乌利斯垂顿的经典实验使用反向眼镜从1900年代初进一步motorvisual适应的例子。Stratton众所周知,穿一个倒置的单片眼镜(他创造了眼镜与眼镜和镜子,倒左右和上下,然后修改单片眼镜,因为设备太重穿两眼)8天实验操纵他的感官系统,以更好地理解认知和大脑的适应能力。Stratton广泛的神话表明,他成功地适应汽车运动倒置愿景的几天,但艾乌利指出,具体从Stratton日志表明,当他的手或物体不在视野,他不得不回到选择运动技能发展阶段评价情况之前能够做出正确的运动。

“他确实变得相当协调运动,但只有当他的手完全愿景,”艾乌利解释说。适应新世界的“双重代表”他居住的和老的,下来,左,和对有效竞争时他的手没有看见,引领他进入这个“常数选择问题。”

改善和调整

这并不意味着Stratton的实验失败了。虽然他可能不能够达到自治阶段,他当然变得相当精通移动他的颠倒的世界。和他的作品为许多现代感觉运动的研究学习。

“我们不是那么激进Stratton,”艾乌利说。事实上,他认为,从某种意义上说,目前的研究“从Stratton回溯[s]”通过使用简单的方法在较短的时间框架。

艾乌利和他的同事们最近的研究利用一个模型任务研究感觉运动适应通过参与者把他们的手在屏幕上。排除了他们的愿景的手,将在屏幕上显示一个标志代替以及目标。参与者被指示屏幕下方移动他们的手朝着目标而视觉标记模仿他们的运动;然后他们回到了起点,重复这个过程。受试者习惯于任务后,研究人员引入操作(或扰动)的视觉反馈,半岛体育官方网址入口
使标志继续改变课程相比,用手(例如,旋转20度),类似于倒摄动Stratton的眼镜。

通过保持任务相同的运动和旋转标志的程度,研究人员能够明确目标迅速调整隐式执行系统(即。半岛体育官方网址入口系统接近自治阶段)而不是选择或认知系统,从而提高Stratton的实验。和整体,参与者能够迅速适应变化的视觉反馈,用手朝着一个方向,消除扰动的影响。研究对个人与小脑变性或共济失调(身体运动的失控)发现,这些人不能适应任务(即。,他们表现出较小的扰动后性能的变化),这意味着这个电机适应取决于这个特定的大脑区域的正常运行。

艾乌利解释说,最近的计算模型的这种行为是有趣的,因为理论帐户翻转传统观念小脑:”而不是一个重视小脑在电机领域,它将更在感官域,或至少在感觉和运动的十字路口。艾乌利指出,“这些模型推导的理论可以追溯到建国实验心理学家建议,当人们做运动时,大脑会产生电机的运动,以及一份行动,构建称为一个离心副本。然后使用该副本内部预测运动最好感觉反馈的理想情况下应该发生。运动后执行,然后实际来自感觉系统的反馈与预测反馈输出复制相比,和预测之间的区别是什么,发生了什么是理解大脑的感官预测误差。

例如,当人们走下楼梯时,输出复制导致他们预测,脚应该感到下一步。然而,如果胎面是失踪,脚不在预期的压力,大脑处理这种差异作为感官预测误差,一个信号可以用来触发一个快速修正运动防止人推翻。除了促进在线控制、感官预测错误学习也是必不可少的。错误是用来修改后续运动以及修改产生的感官预测输出复制与这些运动有关。这样,小脑使感觉运动系统精确校准,这对技术动作的生产是至关重要的。

在最近的研究中,研究人员展示了如何循序半岛体育官方网址入口渐进的学习过程可以绕过感觉运动适应的特点。通过采用一个目标(即策略。再次选择阶段),人们可以学会应对扰动大如视觉旋转45度在一个审判。然而这个任务的最引人注目的发现之一是,试验参与者执行越多,他们就越低。事实上,大约80 100次试验后,参与者的运动没有击中目标大约25度。

“这是一个有趣的现象,“艾乌利说。”在人类行为的例子并不多,你练习得越多,你会越糟糕。”

艾乌利解释说,这种恶化性能与实践揭示了一个独特的小脑的质量:它表明小脑(即不知道战略。,它不“知道”,参与者是故意的目标远离目标来补偿扰动)。相反,它使用感官预测误差之间的不匹配,反馈出现的人的目标是,“重新调整”的感觉运动系统。这个过程,加上遗忘你所期望的目标,使小脑非常固执,“艾乌利说。

参与者改变他们的行为,最终调整运动减少错误,最终达成“渐近稳定状态”,即他们的动作几乎总是接近目标。艾乌利解释了这种独特的模式表现为竞争相互作用,或反馈之间的“拔河”,从感官预测误差和目标导向的任务。反馈的目标很简单:标记达到目标了吗?如果不是,调整战略目标一个新的角度来打击目标。感官预测错误,然而,仍然存在,因为标记不是出现在一个位置对应的预期位置。这个下意识地推动个人手运动远,相反方向的扰动,即使这有效恶化性能。

进一步研究这种现象对个人与小脑变性或共济失调所减少的贡献从内隐学习过程,表明感官预测误差性能恶化的趋势确实是依赖于小脑。在其他的研究中,患者额叶皮质受损的大脑区域是最负责维护的目标导向策略——表现出夸张的反应感觉预测误差,产生更大的错误比由控制参与者。艾乌利和他的同事们指出,他们的表现是由于一个“无节制的小脑系统”,让感官预测误差把他们到达更远。这个驱动器无法维护策略即使他们召回的指令来补偿旋转程度和击中目标。

试图解决是不可能的

艾乌利和他的同事们最近发明了一种新的实验任务,进一步探究小脑的固执。中使用的设置类似于visuomotor旋转任务,但是现在的视觉反馈是独立运动。相反,配合每达到一个标记之前预定的路径;例如,它可能会取代7.5度远离目标。尽管这操作描述参与者和他们被告知忽视标记,他们的行为看起来非常类似于观察的适应性研究。即小脑对目标位置和标记之间的区别:到100年底,试验中,参与者被改变的不知不觉地从目标大约20度。再次,小脑被发现“麻木不仁”指令,本质上是“奴役”试图纠正感官预测误差。

艾乌利解释说,这个新的模型和线的研究有深远的影响如何小脑功能:“小脑…不需要担心目标或任务成功…[它]只是简单地假定,“什么告诉我,我想做或尽可能忠实地执行它。“‘œ

进一步的阅读

Schlerf, J。艾乌利,r . B。& Diedrichsen j . (2012)。编码的感官预测人类小脑中的错误。《神经科学杂志》上,32,4913 - 4922。

泰勒,j。&艾乌利,r . b . (2011)。灵活的运动学习中认知策略。PLoS计算生物学,7,e1001096。doi: 10.1371 / journal.pcbi.1001096

泰勒,j。,Klemfuss: M。&艾乌利,r . b . (2010)。显式策略盛行时,小脑运动无法计算错误。小脑,9,580 - 586。