前言：本日記僅記錄認(rèn)知科學(xué)領(lǐng)域中個人認(rèn)為部分有趣和重要的文章及個人見解，技術(shù)分享，以及一些學(xué)術(shù)界的軼事和新聞等。所涉及文章的摘要或部分文摘均為機(jī)翻。本學(xué)術(shù)日記僅供個人學(xué)習(xí)記錄與隨緣分享，不具有任何解釋和科普責(zé)任，但歡迎在評論區(qū)提問或討論，也接受私信（但不負(fù)責(zé)回答包你滿意）。本專欄不求流量，與本人其他作品無關(guān)，隨緣更新。??

1.

• A seat at the (language) table: incorporating the cerebellum into frameworks for language processing (2023)

• 小腦，傳統(tǒng)上與運動控制有關(guān)，長期以來一直被認(rèn)為是認(rèn)知過程中的次要參與者。然而，幾十年的研究已經(jīng)強(qiáng)調(diào)了小腦在高級認(rèn)知功能中的關(guān)鍵作用。其中，小腦始終與語言有關(guān)——包括運動成分（如發(fā)音）和非運動方面（如語義）。在這里，我們探索并回顧了小腦對語言貢獻(xiàn)的證據(jù)，重點是闡明人類小腦中語言的功能組織。我們討論了這些發(fā)現(xiàn)對影響語言的典型和非典型發(fā)展過程的潛在影響。

• 句法和語法

• 對小腦在語法中的作用的見解很少（供綜述，[60]）。然而，定義小腦認(rèn)知情感綜合征（CCAS）的早期研究將語法缺失作為該疾病的一種語言癥狀特征[61]。案例研究顯示，有證據(jù)表明，患者的自發(fā)言語存在短暫的表達(dá)語法缺失，其特征是使用不定式動詞和省略語法語素，如第62、63條，以及處理動詞時態(tài)的問題[64]。對英語語法處理中小腦損傷的系統(tǒng)行為和腦電圖研究發(fā)現(xiàn)，在區(qū)分正確的主語-動詞一致性方面存在缺陷65，66。最近使用計算機(jī)實驗的研究發(fā)現(xiàn)，在下一個單詞預(yù)測任務(wù)[67]中訓(xùn)練的小腦生物約束計算模型隱含地學(xué)習(xí)了網(wǎng)絡(luò)中間層的語法規(guī)則，可以識別英語中的主語-動詞-賓語語序。這意味著小腦回路具有語法處理的能力?？傊?，這項工作表明小腦可能在語法和句法處理中發(fā)揮作用，盡管目前尚不清楚小腦負(fù)責(zé)處理的哪個方面（例如，發(fā)展和識別語法規(guī)則，正確學(xué)習(xí)語法規(guī)則所需的一般注意過程）

• 語義與語用

• 關(guān)于小腦在語言中的作用，最大的驚喜是一致發(fā)現(xiàn)小腦參與了語言處理的最高階方面，如語義。小腦右Crus I和II在句子完成任務(wù)中始終被激活，參與者必須根據(jù)句子含義做出決定26、68、69。有趣的是，一項使用數(shù)據(jù)驅(qū)動體素編碼模型的研究發(fā)現(xiàn)，小腦后外側(cè)半球（主要是右Crus I/II）主要代表語義信息，即使在控制其他非語義語言特征時也是如此[24]。類似的研究表明，即使在閱讀過程中控制拼寫和語音處理時，右Crus I/II也會激活語義處理[59]。一些臨床研究也報告了小腦患者語義缺陷的證據(jù)70，71，盡管其他研究沒有發(fā)現(xiàn)語義挑戰(zhàn)的證據(jù)，盡管有一些證據(jù)表明句子處理的反應(yīng)時間[72]。確實發(fā)現(xiàn)小腦患者語義缺陷證據(jù)的研究通常使用對語義處理的更精細(xì)的評估，如檢查元語言學(xué)[70]，通過使用小腦卒中和損傷患者控制小腦損傷的位置71、73、74，或SCA亞型的對照，其小腦變性更局限于參與語義處理的小腦區(qū)域[75]。此外，右后外側(cè)小腦的神經(jīng)刺激調(diào)節(jié)語義流暢性和語義腦網(wǎng)絡(luò)26，52，76?，進(jìn)一步支持小腦在語義處理中的作用。盡管語義和語用學(xué)是相互關(guān)聯(lián)的，但先前的研究發(fā)現(xiàn)，即使在高認(rèn)知需求（如快速單詞表達(dá)）下，當(dāng)兩者語法正確時，特定的小腦亞區(qū)也能區(qū)分語義上合理的句子和不合理的句子[77]。這似乎反映了參與者現(xiàn)有的世界實用知識。此外，一些研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)對非幽默句子進(jìn)行幽默語義重新評價時，小腦激活最大[78]。這項工作似乎支持小腦參與語言處理的語義和語用方面。

• https://doi.org/10.1016/j.cobeha.2023.101310

考慮到小腦獨特的神經(jīng)計算優(yōu)勢和其在心理模型和預(yù)測中的作用，參與語言功能并不令人驚訝。然而小腦在語法中的作用可能被低估了。相反，小腦對語義功能的支持很有意思，但缺乏直接的直接處理純語義成分的證據(jù)（而不是單純的預(yù)測）。未來的研究可以考慮從其細(xì)胞級別的神經(jīng)機(jī)制進(jìn)一步探索。

2.

• The core and beyond in the language-ready brain (2017)

• 本文提出了一種通用的口語處理認(rèn)知結(jié)構(gòu)。接下來是關(guān)于這種認(rèn)知結(jié)構(gòu)是如何在人腦中實例化的。討論了語言網(wǎng)絡(luò)的空間方面，以及時間動力學(xué)和潛在的神經(jīng)生理學(xué)。提出了用于編碼/解碼語言信息的網(wǎng)絡(luò)與用于從編碼的含義獲得說話者含義的附加網(wǎng)絡(luò)之間的區(qū)別，即用于做出使聽眾能夠理解說話者意圖的推斷。

• 在這篇論文中，我將非常概括地描述語言理解和產(chǎn)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，以及使人類大腦為語言做好準(zhǔn)備的神經(jīng)生物學(xué)基礎(chǔ)設(shè)施。重點將放在口語上，因為口語是大腦適應(yīng)的語言模式。然而，值得記住的是，人類也可以使用符號和文本（視覺）作為一個認(rèn)知系統(tǒng)與語言互動；也就是說，該系統(tǒng)可以連接任何感覺模態(tài)的輸入/輸出過程。語言處理包括一系列復(fù)雜的過程，從聲音到意義（在理解中）或從意義到聲音（在生產(chǎn)中），速度和準(zhǔn)確性都很高。在第一節(jié)中，我簡要概述了在對命題內(nèi)容進(jìn)行（去）編碼時主要組成操作的選擇。在下一節(jié)中，我將轉(zhuǎn)向假設(shè)形成語言處理基礎(chǔ)的神經(jīng)生物學(xué)基礎(chǔ)設(shè)施。主要見解的靈感來自句法處理和意義構(gòu)建的“大腦網(wǎng)絡(luò)”概念。在最后幾節(jié)中，我討論了與潛在神經(jīng)生理學(xué)相關(guān)的語言處理的高度動態(tài)性，重要的是，為了理解說話者的信息，必須讓核心網(wǎng)絡(luò)之外的大腦區(qū)域參與編碼/解碼。

• https://doi.org/10.1016/j.neubiorev.2017.01.048

簡短精悍的有關(guān)語言認(rèn)知學(xué)的綜述，既包括歷史觀點又有最近的成果。涵蓋了語言理解與處理，處理中的語法框架與理論，語言產(chǎn)生，語言與記憶的交互與心理詞典，語言處理的神經(jīng)基礎(chǔ)尤其是網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和動力學(xué)，以及各種小知識點。作者是Peter Hagoort馬普所心理語言學(xué)研究所所長。本文的前身見：https://doi.org/10.7551/mitpress/9780262018104.003.0009的詳細(xì)闡述。有關(guān)標(biāo)題language-ready brain的更廣泛含義見：https://doi.org/10.3389/fpsyg.2014.00282

3.

• Task-dependent optimal representations for cerebellar learning (2023)

• 從Marr和Albus的工作開始，小腦顆粒細(xì)胞層激發(fā)了許多支持學(xué)習(xí)行為的神經(jīng)表征理論模型。在這些模型中，顆粒細(xì)胞形成不同感覺運動輸入的稀疏組合編碼。這種稀疏表示對于學(xué)習(xí)區(qū)分隨機(jī)刺激是最優(yōu)的。然而，最近對顆粒細(xì)胞密集、低維活動的觀察使人們對稀疏編碼在這些神經(jīng)元中的作用產(chǎn)生了疑問。在這里，我們推廣了小腦學(xué)習(xí)的理論，以確定超越隨機(jī)刺激辨別的任務(wù)的最佳顆粒細(xì)胞表示，包括平滑運動控制所需的連續(xù)輸入輸出變換。我們表明，對于這樣的任務(wù)，最佳顆粒細(xì)胞表示比經(jīng)典理論預(yù)測的要密集得多。我們的研究結(jié)果提供了類小腦系統(tǒng)學(xué)習(xí)的一般理論，并表明最佳小腦表征是任務(wù)依賴性的。

• https://doi.org/10.7554/eLife.82914.sa0

• Dynamic organization of cerebellar climbing fiber response and synchrony in multiple functional components reduces dimensions for reinforcement learning (2023)

• 小腦攀爬纖維傳遞不同的信號，但在學(xué)習(xí)過程中，它們在小腦皮層的房室結(jié)構(gòu)中是如何組織的，目前還不清楚。我們分析了接受“去/不去”強(qiáng)化學(xué)習(xí)的小鼠小腦Crus II的大量坐標(biāo)定位雙光子成像數(shù)據(jù)。張量成分分析顯示，浦肯野細(xì)胞的大多數(shù)攀爬纖維輸入減少到只有四個功能成分，對應(yīng)于與圍棋線索相關(guān)的運動啟動的精確時間控制、基于認(rèn)知錯誤的學(xué)習(xí)、獎勵處理和禁止圍棋線索后錯誤行為的抑制。在學(xué)習(xí)前兩個成分的過程中，神經(jīng)活動的變化與動物之間時間控制和錯誤學(xué)習(xí)的相應(yīng)變化相關(guān)，間接表明了因果關(guān)系。這些成分的空間分布與浦肯野細(xì)胞中Aldolase-C/zebrin II表達(dá)的邊界非常吻合，而幾個成分在單個神經(jīng)元中混合。根據(jù)特定的任務(wù)背景和學(xué)習(xí)階段，對單個組件內(nèi)的同步進(jìn)行雙向調(diào)節(jié)。表明小腦與包括橄欖下核在內(nèi)的其他大腦區(qū)域密切合作，基于解剖分區(qū)，通過動態(tài)組織多個功能組件來減少學(xué)習(xí)空間的大小，這一特征可能會激發(fā)新一代人工智能的設(shè)計。

• https://doi.org/10.7554/eLife.86340.sa0

兩篇文章從神經(jīng)計算角度貢獻(xiàn)了小腦的學(xué)習(xí)機(jī)制，分別更新了神經(jīng)編碼理論和模型以及攀爬纖維及其投射的活動和結(jié)構(gòu)特性。前者是對稀疏編碼理論的再一次修改并建立了完整的面模型，后者則對類腦算法意義重大，而當(dāng)前AI界僅有極少數(shù)人意識到了小腦計算特性的重要性。

4.

• Morphological evolution of language-relevant brain areas (2023)

• 人類語言由涉及布羅卡區(qū)的皮層網(wǎng)絡(luò)支持，該皮層網(wǎng)絡(luò)包括布羅德曼44區(qū)和45區(qū)（BA44和BA45）。雖然在非人類靈長類動物中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞結(jié)構(gòu)同源區(qū)，但這些區(qū)域是如何進(jìn)化來支持人類語言的，目前尚不清楚。在這里，我們使用組織學(xué)數(shù)據(jù)和先進(jìn)的皮層配準(zhǔn)方法來精確比較人類和黑猩猩的BA44和BA45的形態(tài)。我們發(fā)現(xiàn)人類的Broca區(qū)域普遍擴(kuò)大，其中左側(cè)BA44擴(kuò)大最大，向前生長到一個已知處理語法的區(qū)域。結(jié)合最近的功能和受體結(jié)構(gòu)研究，我們的發(fā)現(xiàn)支持了這樣一個結(jié)論，即BA44從一個動作相關(guān)區(qū)域進(jìn)化為一個二分系統(tǒng)，后部支持動作，前部支持句法過程。我們的發(fā)現(xiàn)為長期以來關(guān)于語言和行動之間關(guān)系以及布羅卡地區(qū)演變的爭論增添了新的見解。

• https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3002266

怎么又有人想挑戰(zhàn)我們言語運動感知學(xué)派？即使是靜態(tài)的隔離也不能否認(rèn)在動態(tài)的語言過程中運動區(qū)域的貢獻(xiàn)。靜態(tài)的比較結(jié)構(gòu)功能映射也不能說服其他理論如Language-Ready Brain和Language as shaped by the brain (2008)。

5.

• Dissecting the chain of information processing and its interplay with neurochemicals and fluid intelligence across development (2023)

• 先前的研究強(qiáng)調(diào)了谷氨酸和γ-氨基丁酸（GABA）在感知、認(rèn)知和運動任務(wù)中的作用。然而，這些神經(jīng)化學(xué)機(jī)制在信息處理鏈和整個人類發(fā)展過程中的確切參與尚不清楚。在一項橫斷面縱向設(shè)計中，我們使用了一種計算方法來分離293名兒童早期至成年期的個體的認(rèn)知、決策和視覺運動處理。我們發(fā)現(xiàn)，頂內(nèi)溝（IPS）內(nèi)的谷氨酸和GABA解釋了視覺運動處理的獨特差異，谷氨酸越高，年輕參與者的視覺運動處理越差，而成熟參與者的視覺動作處理越好，而GABA則表現(xiàn)出相反的模式。這些發(fā)現(xiàn)具有神經(jīng)化學(xué)、神經(jīng)解剖學(xué)和功能特異性，在約21個月后被復(fù)制，并在兩個不同的行為任務(wù)中推廣。使用靜息功能MRI，我們發(fā)現(xiàn)IPS神經(jīng)化學(xué)物質(zhì)和視運動處理之間的關(guān)系是由視運動網(wǎng)絡(luò)的功能連接介導(dǎo)的。然后，我們通過預(yù)測流暢的智力表現(xiàn)，將我們的發(fā)現(xiàn)擴(kuò)展到高級認(rèn)知行為。我們提出的證據(jù)表明，液體智力表現(xiàn)是由IPS GABA和谷氨酸解釋的，并由視覺運動過程介導(dǎo)。然而，這一證據(jù)是使用未校正的α獲得的，需要在未來的研究中復(fù)制。這些結(jié)果提供了一種綜合的生物學(xué)和心理學(xué)機(jī)制解釋，將人類發(fā)展過程中的認(rèn)知過程和神經(jīng)遞質(zhì)聯(lián)系起來，并確定了它們在智能行為中的潛在參與。
  

• https://doi.org/10.7554/eLife.84086.sa0

從影像學(xué)角度（局限于IPS）探討了兩種最重要的興奮性和抑制性神經(jīng)遞質(zhì)的結(jié)構(gòu)功能關(guān)系，重點是縱向角度以及將結(jié)果延伸到了智力。然而，鑒于是對神經(jīng)標(biāo)志物的間接測量，在得出認(rèn)知關(guān)系時需要十分謹(jǐn)慎，并且其測量的各種認(rèn)知可能也有嵌套成分。

6.

• Relational Constraints On Neural Networks Reproduce Human Biases towards Abstract Geometric Regularity (2023)

• 在靈長類動物中，人類具有非凡的能力，能夠識別和操縱抽象結(jié)構(gòu)，為各種行為的任務(wù)目標(biāo)服務(wù)。這方面的一個例證是幾何形式的視覺感知。研究表明，人類對幾何規(guī)則性有著獨特的偏見，與幾何不規(guī)則的形式相比，更規(guī)則和對稱的形式會提高任務(wù)性能。這些研究得出結(jié)論，這種行為意味著人類心理表征中存在離散的符號結(jié)構(gòu)，在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中復(fù)制這種行為需要符號處理機(jī)制。在這項研究中，我們認(rèn)為，人類對幾何規(guī)律性的偏見可以在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中重現(xiàn)，而無需明確地為它們提供符號機(jī)制，只需通過架構(gòu)約束來增強(qiáng)它們，使系統(tǒng)能夠發(fā)現(xiàn)和操縱關(guān)系結(jié)構(gòu)。當(dāng)使用適當(dāng)?shù)恼n程進(jìn)行訓(xùn)練時，該模型在涉及抽象幾何推理的兩個不同任務(wù)中表現(xiàn)出對對稱性和規(guī)則性的類人偏見。我們的研究結(jié)果表明，當(dāng)配備了必要的訓(xùn)練目標(biāo)和架構(gòu)元素時，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以表現(xiàn)出類似人類的規(guī)律性偏差和泛化。這種方法深入了解了幾何推理的神經(jīng)機(jī)制，并為該領(lǐng)域流行的符號“思維語言”模型提供了一種替代方案。

• https://arxiv.org/abs/2309.17363

怎么Griffiths你也開始反符號主義了？你就抱著你那概率模型過一輩子去吧。