4、神经网络学习理论与中枢神经系统修复

神经网络学习理论与中枢神经系统修复

1. 中枢神经系统测量需求

在人类中枢神经系统（CNS）的研究中，我们发现从5到8个月大时，运动程序会有所改善，并且经过六个月的协调动力学疗法（CDT）后，运动程序也会得到修复。然而，目前还无法对这种改善进行安全量化。为了可靠且无创地测量患者的CNS功能和学习情况，并通过一个权威参数来表征CNS的功能和学习，我们需要一种新的人类CNS测量工具。借助模式形成系统理论，从肌肉和运动程序层面提升到运动模式层面，我们有望通过一个数值，即协调动力学值，来衡量CNS组织的质量，从而更好地理解人类CNS的组织和学习过程。

2. 模式形成系统理论

为了理解健康人和患有CNS损伤、畸形及退化（衰老）患者的运动和其他模式的持续变化，我们引入了模式形成系统理论。在像人类CNS这样的复杂系统中，模式由寻求合作稳定性的神经系统生成。稳定性决定了集体状态，系统倾向于进入它所吸引的集体状态。例如，婴儿爬行时，其手臂和腿部会强烈倾向于“步态”和“小跑”的爬行模式，这种吸引力很强，以至于中间爬行模式似乎不存在，就好像这些模式是固定的。但借助特殊的CDT设备，CNS可以生成中间协调模式。CNS受伤的患者通常会以中间手臂和腿部协调模式爬行，他们需要重新学习“步态”和“小跑”的爬行协调模式，以修复CNS，并将爬行的吸引子转移到这些协调模式上。CNS组织的吸引状态和吸引子可以用势阱中的球或更一般的吸引子布局来表示。CNS功能的变化表现为首选吸引子状态随时间的持续稳定和不稳定。

在治疗过程中，以一个患有脑瘫的女孩学习爬行为例。治疗师与女孩进行人际协调爬行，以加速学习过程。治疗师精确爬行的视觉输入进入女孩的CNS，改善了她的“小跑”爬行模式表现。这种人际协调类似于士