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閉著眼睛,你怎麼知道自己的手在哪裡?讓 5600 個神經網路參加大逃殺,替大腦的「身體感」選出了標準答案

現在讓我們來嘗試一個簡單的動作:請你閉上眼睛,用右手食指摸自己的鼻尖。 摸到了吧?!而且沒戳到眼球,也沒有把你的…右手食指卡進吊扇之類的。這件事平凡到不值得誇獎,但仔細想想並不合理:你又沒看到自己的手、也沒人報座標給你、手臂還需要在黑暗裡移動了幾十公分、最後停在一個直徑不到一公分的目標上。你到底是怎麼知道手在哪裡的? 這種「知道身體在哪、正在怎麼動」的感覺叫本體感覺(proprioception)。它安靜到我們幾乎不會意識到,卻是所有動作的基礎;一旦沒了本體感覺這個基礎,人連走直線都做不到。而神經科學界一個尷尬的事實是:這套系統到底在計算什麼,我們所知有限。 2024 年三月,瑞士 EPFL 的 Alexander Mathis 團隊聯手美國西北大學的 Lee Miller 實驗室,在 Cell 上丟出一個很有意思的作法:與其去猜大腦在算什麼,不如把所有猜測寫成考卷,讓一堆神經網路們去考試,考完再看誰構築出的腦袋最像真正的猴子(不是在罵它們)。 他們一口氣考了 16 份考卷、訓練了 5600 組神經網路模型。 一、你全身佈滿了從不關機的拉力計 先講硬體。肌肉裡埋著一種叫肌梭(muscle spindle)的感受器,工作單純到有點可愛:量這條肌肉現在有多長、正被拉得多快。你可以想成是貼在每條肌肉上的一支會回報速度的捲尺;全身捲尺同時回報,我們的名偵探大腦就有機會反推「手臂現在擺成什麼姿勢」。 這段回送訊號的旅程有固定站牌:肌梭 → 背根神經節 → 腦幹背柱核(上肢走的是楔狀核,cuneate nucleus,簡稱 CN)→ 視丘 → 初級體感覺皮質 S1(本研究鎖定 area 2)→ 次級體感覺皮質。這條路叫背柱-內側蹄系徑路(dorsal column-medial lemniscus pathway),名字很長,但請記住一個等下會用到的解剖事實:CN 距離肌梭其實只有兩個突觸,而 S1 就再遠兩個,所以這是一條上下游分明的產線。本研究餵給模型的輸入,就是 39 條肌肉 ×(長度+速度)= 78 路訊號。 圖一、本篇研究的實驗設計原理示意圖。A. 訓練流程:合成肌梭訊號 → 神經網路 → 16 個計算任務;B. 驗證流程:用網路內部表徵去預測猴子 CN / S1 神經活動。 二、把整個領域的假說,一次攤在同一張考卷上 這篇研究使用的方法叫 task-driven m...

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