試圖理解人類復(fù)雜行為的認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)

和大腦一樣，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型可以執(zhí)行前饋和循環(huán)計(jì)算，包括多層的線性—非線性信號(hào)變換，一般有數(shù)百萬(wàn)個(gè)參數(shù)（連接權(quán)重），通過(guò)調(diào)參不斷優(yōu)化任務(wù)執(zhí)行表現(xiàn)。

有研究將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型作為腦信息處理模型來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證。這些研究利用訓(xùn)練有素的深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型來(lái)識(shí)別圖像中物體，預(yù)測(cè)了靈長(zhǎng)類動(dòng)物的腹側(cè)視覺(jué)區(qū)在面對(duì)新異圖像時(shí)的大腦表征，結(jié)果表明，深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部表征是當(dāng)前符合人類和猴子顳下回視覺(jué)圖像表征的最佳模型。

目前有三類認(rèn)知模型：產(chǎn)生式系統(tǒng)，強(qiáng)化學(xué)習(xí)模型和貝葉斯認(rèn)知模型。

產(chǎn)生式系統(tǒng)（production systems）提供了用于解釋推理和問(wèn)題解決的早期模型。特定的條件涉及當(dāng)前的目標(biāo)及記憶中知識(shí)，對(duì)應(yīng)的動(dòng)作能夠修改目標(biāo)和知識(shí)的內(nèi)部狀態(tài)。

強(qiáng)化學(xué)習(xí)模型（Reinforcement learning models）捕獲agent如何通過(guò)與環(huán)境互動(dòng)來(lái)學(xué)習(xí)最大化累積獎(jiǎng)勵(lì)，選擇某種行動(dòng)，觀察環(huán)境的結(jié)果狀態(tài)，在這個(gè)過(guò)程中獲得獎(jiǎng)勵(lì)進(jìn)而學(xué)習(xí)如何提高該行為的發(fā)生率，該agent可能學(xué)習(xí)了每種狀態(tài)與其期待的累積獎(jiǎng)勵(lì)相關(guān)聯(lián)的“價(jià)值函數(shù)”。強(qiáng)化學(xué)習(xí)理論根源于心理學(xué)和神經(jīng)科學(xué)，目前已經(jīng)是機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能的重要理論，包括動(dòng)態(tài)規(guī)劃（DP），蒙特卡羅學(xué)習(xí)（Monte-Carlo learning）和窮舉搜索（ExhausTIve Search）等算法。

貝葉斯模型（Bayesian models），指的是根據(jù)概率規(guī)則將當(dāng)前數(shù)據(jù)與先前經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合的推理模型，它有助于我們理解基本的感知覺(jué)和運(yùn)動(dòng)加工過(guò)程，也提供了對(duì)判斷和決策等更高的認(rèn)知過(guò)程的見(jiàn)解，將經(jīng)典認(rèn)知偏差解釋為先前假設(shè)的產(chǎn)物。

從貝葉斯認(rèn)知的視角來(lái)看，人類思維從嬰兒時(shí)期開(kāi)始構(gòu)建關(guān)于世界的心智模型。這些模型不僅可以是概率意義上的生成模型，而且可能是有因果性和組合性的，能夠通過(guò)重新組合元素來(lái)將這種模擬推廣到新的假設(shè)的場(chǎng)景，這種建模方法已經(jīng)應(yīng)用于我們對(duì)物理乃至社會(huì)世界的推理。

Marr等提出理解復(fù)雜生物系統(tǒng)需要經(jīng)過(guò)三層分析：計(jì)算水平；表征和算法水平；神經(jīng)生物學(xué)水平。

認(rèn)知科學(xué)開(kāi)始于計(jì)算水平，將認(rèn)知功能分解各個(gè)成分，進(jìn)而從自上而下的角度發(fā)展算法和表征。計(jì)算神經(jīng)科學(xué)從自下而上的角度出發(fā)，將神經(jīng)元構(gòu)建塊組合成表征和算法。人工智能通過(guò)建立表征和算法來(lái)將簡(jiǎn)單的成分組合成復(fù)雜的智能。這三個(gè)學(xué)科匯聚在大腦和認(rèn)知的算法和表征上，進(jìn)而產(chǎn)生了互補(bǔ)約束。在20瓦的電力預(yù)算下，大腦的算法將統(tǒng)計(jì)和計(jì)算效率結(jié)合起來(lái)，其方式超出了當(dāng)前的人工智能，無(wú)論是貝葉斯算法還是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法。

對(duì)心智和大腦的研究正進(jìn)入一個(gè)特別令人興奮的階段，如果認(rèn)知科學(xué)、計(jì)算神經(jīng)科學(xué)和人工智能能夠結(jié)合起來(lái)，我們或許能夠用神經(jīng)生物學(xué)上可信的計(jì)算模型來(lái)解釋人類的認(rèn)知，這不僅有助于我們更深刻的理解人腦信息加工的具體過(guò)程，也能在一定程度上為人工智能算法的發(fā)展提供有益啟示。