基于规则的知觉学习——神经机制及模型研究

Perceptual learning improves human discrimination abilities of visual features. It is often attributed to training induced neural plasticity in early visual areas, or reweighting of responses from early visual cortical neurons activated by the training stimuli, largely because learning shows great specificity to the trained conditions. Recent studies demonstrate perceptual learning often completely transfer to new retinal locations, orientations and physical stimuli that are initially encoded by different neuronal mechanisms. These findings indicate that perceptual learning is a rule-based conceptual learning in high-level brain areas. However, this rule-based learning theory does not fully explain either how the rules learn and transfer through perceptual learning or the causes of specificity, and lacks the support of brain imaging evidence. Therefore, this project aims to answer the learning and transfer of learning rules and the causes of specificity in perceptual learning through functional magnetic resonance imaging, transcranial magnetic stimulation and other research methods, combining with the definition of learning rules in perceptual category learning. The purpose of this project is providing brain imaging evidence for understanding the neural mechanisms of perceptual learning from the perspective of rule-based learning and establishing a mathematical model of perceptual learning to integrate the results in different perceptual learning studies.

知觉学习可以提高人们对视觉刺激的辨别能力。早期研究发现知觉学习具有特异性，因此知觉学习被认为反映了初级视觉皮层的可塑性，或是对早期视觉皮层神经反应权重的重加权。不过近年来的研究发现知觉学习也可以通过特定的训练方法迁移到未训练的特征、位置、在不同神经元编码的物理刺激等，表明学习可能是发生在高级脑区的基于规则的概念学习。但是这种基于规则的学习理论没有充分的解释规则是如何通过知觉训练学习和迁移的，也没有充分回答特异性产生的原因，并且缺乏脑成像证据的支持。因此，本项目旨在通过功能性磁共振成像、经颅磁刺激等研究方法，结合知觉分类学习中的学习规则的定义方法，回答知觉学习中规则的学习和迁移、特异性的产生原因等问题，为从基于规则的学习的角度理解知觉学习的神经机制提供脑成像证据，并期望建立知觉学习的数学模型整合知觉学习在不同研究中差异性的结果。

知觉学习可以提高人们对视觉刺激的辨别能力。传统知觉学习研究发现知觉学习具有特异性，这使研究者对知觉学习机制的解释局限于早期视觉皮层的可塑性，也制约了知觉学习在知觉障碍患者上的应用。不过近年来的研究发现知觉学习可以通过特定的训练方法迁移到未训练的特征、位置等，表明学习可能是发生在高级脑区的基于规则的学习。但是这种基于规则的学习理论没有充分的解释规则是如何通过知觉训练学习和迁移的，也没有充分回答迁移产生的原因，并且该理论缺乏脑成像证据的支持。因此，本项目从理论和应用层面进一步研究了基于规则的知觉学习：（1）通过结合知觉分类学习中规则的定义方法，明确了知觉学习是对习得规则的精细化表征，习得的规则可以在不同网膜位置、不同噪音的刺激间迁移。（2）通过功能性磁共振成像实验，为高级脑区参与知觉学习提供了脑成像证据，提出了额叶可能参与学习中规则的习得和迁移过程，并且这一过程是通过额叶皮层-丘脑-初级视觉皮层通路完成的。（3）将可迁移的知觉学习应用于知觉障碍患者的康复训练，开发了新的针对中央视觉缺失患者的眼动训练方法。本项目完善了知觉学习作为一种基于规则的学习理论，为学习的迁移机制提供了行为和神经成像证据，也为知觉学习的临床应用提供了理论和方法基础。