預(yù)測性編碼在視聽覺神經(jīng)活動中的典型表征*

孟佳圓 姚旺 孟強(qiáng)帆 李小語 王昊 許敏鵬* 明東*

（1）天津大學(xué)醫(yī)學(xué)工程與轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究院，天津 300072；2）天津大學(xué)精密儀器與光電子工程學(xué)院，天津 300072）

大腦怎樣感知外部世界并與其進(jìn)行高效交互，一直是認(rèn)知及計(jì)算神經(jīng)科學(xué)關(guān)注的重要問題之一［1］。傳統(tǒng)理論將大腦看作外部世界的“反應(yīng)器”，認(rèn)為其主要運(yùn)行模式為刺激驅(qū)動，即大腦被動等待感覺輸入并機(jī)械地進(jìn)行處理。但是，上述理論無法解釋許多神經(jīng)生理現(xiàn)象，如感知覺的形成與表達(dá)受先驗(yàn)知識的調(diào)制［2］，再如，即使無外界刺激神經(jīng)元仍可在很長一段時(shí)間內(nèi)維持活躍［3］。對此，越來越多研究表明，大腦是外部世界的“預(yù)測器”，它能主動地推測外部世界并與其進(jìn)行高效交互［1］。

大腦具有預(yù)期功能的觀點(diǎn)可追溯至1860年，亥姆霍茲提出大腦對世界的感知是基于概率、知識驅(qū)動的推測過程［4］，并逐漸演化為貝葉斯大腦理論。該理論認(rèn)為大腦能基于先驗(yàn)知識計(jì)算可能性最大的情況以預(yù)測外部世界，再結(jié)合當(dāng)前輸入，對即將到來的感覺信息做出合理解釋，采取適當(dāng)對應(yīng)措施［5］，即，過去的經(jīng)驗(yàn)和當(dāng)前的體驗(yàn)，共同影響大腦對某事件發(fā)生概率的判斷，這革新了神經(jīng)科學(xué)對大腦工作方式的理解。然而，該理論尚未明確其如何通過神經(jīng)回路實(shí)現(xiàn)。為此，預(yù)測性編碼（predictive coding）應(yīng)運(yùn)而生，這種生成模型為大腦如何進(jìn)行貝葉斯推斷提供了具體的神經(jīng)實(shí)現(xiàn)［6］。

預(yù)測性編碼已成為神經(jīng)感知理論的重要組成部分［1］，其發(fā)展與神經(jīng)生理研究相互促進(jìn)：模型為闡釋傳統(tǒng)觀點(diǎn)難以理解的現(xiàn)象提供新視角；……