前言：本日记仅记录认知科学领域中个人认为部分有趣和重要的文章及个人见解，技术分享，以及一些学术界的轶事和新闻等。所涉及文章的摘要或部分文摘均为机翻。本学术日记仅供个人学习记录与随缘分享，不具有任何解释和科普责任，但欢迎在评论区提问或讨论，也接受私信（但不负责回答包你满意）。本专栏不求流量，与本人其他作品无关，随缘更新。
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Multistability and metastability: understanding dynamic coordination in the brain (2012)
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多稳态协调动力学存在于许多层面，从脊椎动物和无脊椎动物的多功能神经回路到人类的大规模神经回路。此外，多稳定性（至少）跨越了行动和感知的领域，并被发现对有意改变和技能学习过程施加了限制，甚至决定了其性质。本文回顾了上述领域中多稳定性的一些关键证据，并说明了如何对其进行测量、建模和理论理解。然后，它提出了多稳定性——当与协调动力学的基本方面相结合时，如不稳定性、过渡和（尤其是）亚稳定性——如何为理解复杂目标导向系统的耦合和创造性动力学提供一个平台，包括大脑和大脑-行为关系。
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“对于科学家和艺术家来说，在大脑和头脑之间画出二分法并不罕见。例如，美国作家和画家亨利·米勒（Henry Miller，1891–1988）评论道，“大脑中除了细胞逐渐生锈和碎裂之外，什么都不会发生”然而，在头脑中，“世界是不分类的、不指定的、不相似的，不断地形成、分裂、团结、溶解和和谐”（强调我的）米勒继续说道：“在精神世界中，思想是坚不可摧的元素，构成了内心生活的宝石星座。”。我们在他们的轨道上移动，如果我们遵循他们复杂的模式，我们就可以自由地移动；如果我们试图征服他们，我们就会被奴役或占有。一切外在的事物都是由思维机器投射出来的反映。米勒的思维与这里描述的大脑的多稳态和亚稳态协调动力学之间的相似性是显而易见的。心智和大脑是互补的：它们有着共同的内在动力。
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2010年10月，神经科学学会前主席胡达·阿基尔在美国国会作证时，提出了她所说的“阐明神经编排的巨大挑战”。没有一个单一的重点分析水平足以理解大脑及其障碍（另见Akil等人[87]）“我们需要识别舞者，识别舞蹈的性质，并揭示疾病是如何破坏它的”。在这里，舞者是（认知、行为和神经相关的）非线性振荡，舞蹈是他们之间相互作用的功能模式：多稳态和亚稳态协调动力学。”
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https://doi.org/10.1098/rstb.2011.0351
Kelso大佬有关大脑稳态动力学意义的介绍文，写作风格我很喜欢，尽管有些地方有点啰嗦。Kelso早期对手部运动的研究将复杂理论与人类神经和行为挂钩，启发并引导了后来的脑动力学的研究。
2.
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Neuronal Adaptation Reveals a Suboptimal Decoding of Orientation Tuned Populations in the Mouse Visual Cortex (2019)
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系统神经科学的一个主要目标是了解感觉信号是如何用来指导行为的。这需要确定下游感知选择回路使用感觉皮层区域的哪些信息，以及如何将其组合。感觉信息是由皮层神经元群体编码的。然而，即使是简单的感知选择，如辨别方向，也不知道这些信息是如何被使用的。为了确定这种感知选择背后的计算，我们利用了小鼠初级视觉皮层（V1）的强大视觉适应。我们首先设计了一个刺激范式，在该范式中，我们可以在方向辨别任务中改变V1中测量的神经元适应程度。然后，我们确定了适应如何影响两性小鼠的任务表现，并测试了在V1中给定适应群体反应的情况下，哪些神经元计算与行为结果最一致。尽管提高了神经元之间定向的群体表示的可靠性，并提高了各种最佳解码器区分目标和干扰物定向的能力，但适应增加了动物的行为阈值。从神经元活动中解码动物的选择表明，这种对行为的意外影响可以解释为感知选择回路对目标偏好神经元的过度依赖，以及未能适当低估偏好干扰物的神经元的活动。与这一全正计算一致，我们发现动物的任务表现容易受到干扰物方向的微妙干扰和V1神经元活动的光遗传学抑制。这表明，为了解决这一任务，电路采用了次优和特定任务的计算，该计算丢弃了重要的任务相关信息。
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https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.3172-18.2019
为神经编码到行为与认知转换这一重要问题做出了贡献，同时客观上为感知决策的次优观点提供了实证证据（见Dobromir Rahnev & Rachel N. Denison (2018)）。作者巧妙地采用了视觉适应范式并辅以光遗传调控来解决这个问题，这意味着该研究还对对神经编码的适应问题提出了新观点。
3.
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No evidence of fast mapping in healthy adults using an implicit memory measure: failures to replicate the lexical competition results of Coutanche and Thompson-Schill (2014) (2023)
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快速映射（FM）是一种假设的、偶然的学习过程，可以快速获取新词。在FM范式中使用内隐反应时间测量，Coutanche和Thompson-Schill（2014）显示出10以内的词汇竞争证据 非单词作为未知项目名称学习的最小值，与当天词汇化一致。在这里，实验1是方法学上的复制（N = 28/组），没有发现这种RT竞争效应的证据。相反，一项事后分析提出了语义启动的证据。实验2（N = 60/组，在线研究，在OSF上预先注册）测试当使刺激集完全平衡时，语义启动是否仍然存在。没有发现词汇竞争或语义启动的证据。实验3（n = 64，在线研究，在OSF上预先注册）测试了指称（a）典型性是否促进了词汇竞争Coutanche，M.N.，&Koch，G.E.（2017），但同样没有观察到词汇竞争的证据，所有三个实验的数据组合的贝叶斯因子支持了在FM条件下没有词汇竞争影响的假设。这些结果，加上我们之前的工作，质疑健康成年人是否存在快速映射，至少使用这种特定的FM范式。
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最后，我们应该澄清，我们并不是说不存在快速皮层映射（FCM）。事实上，我们相信某些类型的FCM确实会发生，即皮层中独立于海马体的快速但持久的变化（例如，在长期启动中）。我们也承认，人们可以在不涉及任何特定神经基础的情况下研究“快速映射”的假设过程（例如，没有“皮层”与“海马”的区别），这在发育文献中很常见（见Cooper等人，2019c，以供进一步讨论）。相反，我们所声称的是，几乎没有证据表明Sharon等人引入的特定FM范式提供了这样一个独特的过程。（2011），并由Coutanche和Thompson-Schill（2014）扩展到隐含测量
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总之，我们未能使用当天词汇化的内隐测量来复制FM和EE条件之间的任何差异；事实上，我们在任何情况下都没有发现任何同日词汇化的证据。这进一步质疑了当前FM范式独特揭示的快速映射过程的存在，至少在成年人中是这样。
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https://doi.org/10.1080/09658211.2023.2262188
讨论了一个重要的学习/记忆类型快速映射，这种快速偶然学习的意义在于其神经相关性的声明，即与当前记忆理论不符的海马独立的快速记忆巩固。幸好这篇研究未能为这种现象提供支持。事实上原始研究都基于记忆障碍被试来试图确定其神经相关性，而没有神经系统的任何直接和间接测量。这反映出神经心理学中神经科学和传统行为学两大研究阵营的分离。不过，所提出的现象仍然重要，因为反映了联想学习中一个长期被忽略的学习类型，即偶然学习/刺激-刺激关联，这与语言和概念学习有关，未来甚至可以拓展到态度条件反射。
4.
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A role for cortical interneurons as adversarial discriminators (2023)
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大脑从经验中学习感官信息的表示，但它这样做的算法仍然未知。一种流行的理论将表征形式化为感官刺激生成模型中的推断因素，这意味着学习必须改进这种生成模型和推断过程。这个框架是许多经典的感官学习计算理论的基础，如玻尔兹曼机器、唤醒/睡眠算法，以及最近提出的大脑使用对抗性算法进行学习的建议，该算法比较清醒和做梦的活动。然而，为了让这些理论深入了解感觉学习的细胞机制，它们必须首先与大脑中介导它们的细胞类型联系起来。在这项研究中，我们检验了皮层中间神经元的一个亚型是否可以通过充当鉴别器来介导感觉学习，鉴别器是表征学习的对抗性算法的关键组成部分。我们描述了这种中间神经元是如何以可塑性规则为特征的，该规则从清醒状态下的Hebbian可塑性转换为做梦状态下的反Hebbian塑性。通过评估该算法的计算优缺点，我们发现它擅长于在具有反馈连接的网络中学习表示，但随着网络大小的变化，其扩展性较差。如果网络也在更快的时间尺度上在诱发活动和生成样本之间振荡，则可以部分解决这种限制。因此，我们提出了一种以中间神经元为鉴别器的对抗性算法，这是一种可行且可测试的生物系统感觉学习策略。
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https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1011484
借用GAN算法量化并研究心理模型和大脑表征学习的神经计算机制，将心理模型与赫布可塑性联系起来，并再次揭示了反馈网路在大脑中的重要作用。尽管结果并不完美。总之，这项研究将AI算法引入了大脑概率推理的研究，并意味着更多概率模型类算法可能在解释大脑中发挥重要作用。然而我个人反对将AI算法作为理论核心用来反向解释人脑（如果不是仅是研究工具的话），因此在得出任何假设和推断性结论时必须谨慎。
5.
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Interoceptive rhythms in the brain (2023)
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感知内部身体信号或内感受是维持生命的基础。然而，内感受不应被视为一个孤立的领域，因为它与外感受、认知和行动相互作用，以确保有机体的完整性。我们重点关注心脏、呼吸和胃节律，回顾了内感受在解剖学和功能上与外部环境信号处理相互交织的证据。交互作用发生在所有阶段，从内感受信号的外周转导到感觉处理和皮质整合，在一个延伸到核心内感受区域之外的网络中。内感受节律有助于从知觉检测到自我意识的功能，或者相反，与外部输入竞争。对内感受的新兴趣重新引发了关于大脑如何通过振荡同步、预测编码或多感觉整合来整合和协调分布区域中的信息的长期存在的问题。在同一框架中考虑内感受和外感受，为生物体特有的信息处理的生物学模式铺平了道路。
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将身体节律与大脑动力学相结合：候选机制
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身体节律是如何与正在进行的大脑动力学和外部或认知处理相结合的？这个问题是根据三个不同的框架来考虑的——振荡同步性、预测编码和多感官整合——这三个框架最初是为外部感知而设计的。我们在下面依次介绍了每种候选机制，并讨论了它是如何适应心脏、呼吸和胃输入的（图4）。这三个框架并不相互排斥（例如，见参考文献195），但它们影响实验范式，并影响对发现的解释，有时是隐含的。
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图4：大脑中的身体节律：候选机制。心脏、呼吸和胃节律对大脑动力学和认知的影响可以在不同的框架下解释。a、 有节奏的内脏信号有助于远程大脑区域之间神经元振荡的同步，从而通过在分布式大脑回路之间提供共同的振荡支架来促进信息整合。b、 内脏信号可以通过提供共同的参考系来促进源自不同坐标系（例如，以眼睛为中心和以身体为中心的参考系）的外部感受信号的整合。c、 内脏信号被预测和抑制，使其无法被有意识地感知，以尽量减少它们对大脑处理的干扰。d、 在先验和外部语境下解释内脏输入会产生情感，而情感又会构成情感自我的基础。e、 f，外感觉和内感觉输入在多感觉神经元中以超加性（或亚加性）的方式组合（e），内感觉和外感觉信号的多感觉整合构建了大脑的身体表征和身体自我体验（f）。温度计象征着每个框架的身体状态和内脏输入的节奏结构的相对重要性。
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将振荡同步性扩展到大脑-身体节律的相互作用：支架假说
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从节奏到异速调节、情绪和自我：扩展的预测框架
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外感受和内感受多感觉整合
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大脑区域之间的振荡同步被认为在大规模大脑动力学和区域间交流的协调中发挥作用196197。由于膜电位的增加使放电的可能性更大，同步振荡将打开或关闭潜在远处神经元组之间的通信窗口。在最初的版本中，振荡同步性独立于身体节奏，并将从神经相互作用中产生196197。支架假说指出，由于不同区域神经活动的时间结构反映了心脏、呼吸和胃节律的时间结构，因此这些区域可以被认为是同步的。
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脚手架假说下自我和意识相关发现以及周期效应的解释
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将身体节律与大脑动力学相结合：候选机制
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结束语和公开问题
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身体节律和神经元活动之间耦合的解剖学范围以及感觉和认知功能的范围影响了许多关于潜在机制的问题。内感受信号与其他信息源的集成重新提出了关于神经编码本质的核心问题，从通过收敛的多感官信息集成到振荡同步和预测编码。唤醒，松散地定义为大脑-身体的激活状态，在我们回顾的文献中很少被提出作为解释框架，它的作用应该重新考虑。内感觉也施加了新的生物学约束。最明显的与功能有关，即与生物体生存相关的内感受和外感受的整合，但内感受也为信息处理提供了新的生理途径，这在计算机中是不存在的，例如可能在中枢神经系统中检测到的血管系统的搏动。对信息处理采取更生物学的立场可能不仅是理解神经代码的关键，也是解决自我和意识以及动物与人类意识等难题的关键。
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https://www.nature.com/articles/s41593-023-01425-1?utm_source=neuro_etoc&utm_medium=email&utm_campaign=toc_41593_26_10&utm_content=20231004#Sec22
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Liraglutide restores impaired associative learning in individuals with obesity (2023)
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在选择性压力下的生存是由我们的大脑利用感官信息来控制生理需求的能力驱动的。为此，神经回路接收并整合外部环境线索和内部代谢信号，形成习得的感觉联想，从而激励和适应我们的行为。多巴胺能中脑在学习适应性行为中起着至关重要的作用，对外周代谢信号特别敏感，包括肠肽，如胰高血糖素样肽1（GLP-1）。在一项基于行为反应背后的适应性学习过程计算模型的单盲、随机、对照、交叉的基本人类功能磁共振成像研究中，我们发现，当肥胖患者的代谢感知受损时，适应性学习会减少，这是由胰岛素敏感性降低引起的（参与者：N = 胰岛素敏感性正常者30例；N = 24例胰岛素敏感性受损）。GLP-1受体激动剂利拉鲁肽治疗可使肥胖男性和女性感觉关联学习受损正常化。总之，我们的研究结果表明，GLP-1受体的激活通过其在中伏隔通路中的中心作用调节肥胖患者的联想学习。这些发现为代谢信号如何作为神经调节剂使我们的行为适应身体内部状态以及GLP-1受体激动剂如何在临床中发挥作用提供了证据。
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https://www.nature.com/articles/s42255-023-00859-y
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Overlapping representations of food and social stimuli in mouse VTA dopamine neurons (2023)
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腹侧被盖区（VTADA）的多巴胺神经元对食物和社会刺激做出反应，并促进这两种形式的动机。然而，目前尚不清楚是相同还是不同的VTADA神经元编码这些不同的刺激。为了解决这个问题，我们对喂食食物和同种食物的小鼠进行了双光子钙成像，发现对这两种刺激反应的群体在统计学上有显著重叠。饥饿和异性社交体验都进一步增加了对两种刺激都有反应的神经元比例，这意味着对一种刺激的动机增加了重叠。此外，单核RNA测序显示，在单个VTADA神经元中，进食和社会激素相关基因显著共表达。总之，我们的功能和转录数据表明，VTADA群体的重叠是食物和社会动机的基础。
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https://doi.org/10.1016/j.neuron.2023.08.003
第一篇研究新颖地将内感受的节律振荡作为内感受功能的重要中介，并且将其和大脑神经处理和编码的联系起来，这是内感受乃至具身认知研究中少有的，这再次凸显了身体作为认知的重要贡献者。作者在结尾还暗示了对人工代理算法和哲学的考虑。第二篇研究为内感受（通过DA神经元）在认知中的作用（刺激刺激关联和RPE）再次提供了实证证据。第三篇研究则指出进食和社会激素相关基因显著在单个/同群DA神经元中共表达，这再次强调了当今神经心理学中最重要的两个议题，分布处理与身体和进化，这些意味着不同认知和行为的纠缠和协调。