认知过程中的尖点突变现象分析

• 作 者: 王永哲
• 机 构: 北京师范大学
• 出 处: 北京师范大学
• 发表日期: 2007年期
• 关键词: 神经网络 持续性发放 突变现象 滞后现象

认知是大脑系统的高级功能之一，在现实生活中，人们经常会发现在人的视觉认知过程中广泛存在突变和滞后等复杂现象，如Haken提到的“kneeling girl”现象就比较典型的尖点突变现象。从系统复杂性的角度来看，大脑的认知等高级功能是大量神经元及神经微环路之间相互作用后涌现出来的结果。因此，要了解认知等大脑宏观功能的形成机制，从系统复杂性出发来研究神经元和神经元群的活动将是一个行之有效的途径。
电生理的实验观察表明，当动物或人在进行某种行为或感受外界信息时，大脑皮层中部分神经元会出现持续的兴奋，而且这些神经元的兴奋性活动状态表示了不同外界信息或大脑的某种认知状态。根据大脑神经系统神经元的这种活动特性，Xiao-Jing Wang等人建立一个神经网络模型对延迟视知觉移动判断实验进行模拟，发现神经网络中神经元的活动状况与大脑皮层中LIP神经元进行决策判断时的活动状态是一致的，这很好的说明了Xiao-Jing Wang等人运用的神经网络模型能够通过内部神经元的活动方式对信号进行区别和选择。
本文也是根据神经元群的这种活动特性，并运用Xiao-Jing Wang等人的神经网络模型对Haken的“kneeling girl”认知过程中的尖点突变现象进行了数值分析。分析结果表明，由于外界信号的改变，神经网络中特定神经元群的发放活动的状态也发生了相应改变。并且在结果中我们也可以看到，两组我们选定的兴奋性神经元的活动状态发生相互转变的位置出现了滞后。也就是说，在神经系统中较低的神经元层次水平上，神经网络中神经元群的持续性发放活动状态的改变是可以用来解释认知状态突变现象及其滞后现象的。理论上表明，神经网络能产生滞后现象的主要机制就在于网络具有了一定的记忆功能，为了说明这个问题，我们在文章中也专门设计了一个连续变化信号的实验来分析神经网络的这种记忆能力，实验结果也很好地说明了网络的这种性质。