48、基于小脑机制的学习记忆模型：从生理原理到计算实现

基于小脑机制的学习记忆模型：从生理原理到计算实现

1 引言

人类的学习和记忆能力是智能的重要体现。学习是通过反复接触环境刺激，使行为反应发生持续变化的过程；而记忆则是对所学知识的存储。人类的程序性记忆系统由小脑和纹状体组成，其中小脑在运动和认知功能中扮演着关键角色，其独特的结构和生理机制为学习和记忆提供了基础。

2 小脑与人类程序性记忆系统

2.1 小脑的信息保留机制

• 位置与结构 ：小脑位于头部底部后方，脑干上方，具有规则的结构和近乎晶体的解剖布局。尽管其解剖结构均匀，但小脑分为多个不同区域，每个区域接收来自大脑和脊髓不同部分的投射，并投射到不同的运动系统。
• 传入纤维 ：小脑有三组传入纤维，包括苔藓纤维、攀缘纤维和一组单胺能和胆碱能传入纤维。苔藓纤维携带来自脊髓和脑干的信息，攀缘纤维起源于延髓的下橄榄核，单胺能和胆碱能传入纤维推测与奖励信号有关。
• 信息处理流程 ：传入输入流入小脑皮质的颗粒细胞层，颗粒细胞将苔藓纤维输入信号进行扩展编码，其轴突上升到分子层形成平行纤维，作为浦肯野细胞的输入。浦肯野细胞是小脑皮质的主要计算单元，对突触输入进行线性组合，其轴突将输出传递到深部小脑核，深部小脑核的输出构成小脑的整体输出。
• 记忆形成 ：小脑的突触连接中嵌入的长期信息回忆促进了记忆的形成。小脑可视为一个关联记忆系统，对苔藓纤维输入和浦肯野细胞输出进行非线性映射。颗粒细胞层生成苔藓纤维输入的稀疏扩展表示，平行纤维与浦肯野细胞树突之间