用于现实世界环境中的移动的基于大脑的设备制造技术

移动的基于大脑的设备ＢＢＤ包括装配了传感器和效应器的移动底座（神经组织移动自适应设备或ＮＯＭＡＤ），所述设备由模拟神经系统指导，模拟神经系统类似于视觉处理、作出判决、奖赏和电动机响应所需的大脑的皮层和皮层下区域。这些模拟的皮层和皮层下区域是可重入连接的，以及每个区域包含神经元单元，所述神经元单元代表神经元组活动的平均活动等级和相对定时。ＢＢＤ学习在具有共享视觉特征的多个对象中进行辨别，以及将“目标”对象与先天优选的听觉暗示相关联。激励与ＮＯＭＡＤ　　１０的视野中的不同对象相对应的全局分布式神经元电路。这些电路导致了对对象的成功辨别，其中，这些电路由可重入神经解剖来进行限制，以及通过行为和突触可塑性来进行调制。在丰富的现实世界环境中，ＢＢＤ是可移动的，其中，所述环境包括在由于自我生成或自主的运动而导致的视觉刺激的大小和位置的连续改变，以及ＢＢＤ示出了可重入连接性和动态同步提供了绑定视觉对象特征的有效机制，以便在辨别环境中的不同对象时，识别诸如颜色、形状和运动之类的对象特征。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及具有用于指导设备在现实世界环境中的行为的模拟神经系统的基于大脑的设备这一领域。
技术介绍
基于大脑的设备是这样的设备具有感应系统，用于接收信息；效应器，用于使设备能够四处移动；以及模拟神经系统，用于响应来自感应系统的输入，控制效应器的运动，以指导现实世界环境中的基于大脑的设备的行为。感应系统可以包括视频和音频传感器，用于从设备移动的现实世界环境中接收图像和音频信息。模拟神经系统可以实现为基于计算机的系统，用于接收和处理输入基于大脑的设备的图像和听觉信息，以及将命令输出至效应器，来控制设备在环境中的行为。当在基于计算机的系统中实现时，模拟神经系统仿真人类大脑，而不是典型地遵循一组精确的可执行指令或执行计算的编程计算机。即，大脑不是计算机，以及在它的结构中，遵循神经生物学而不是计算原理。大脑具有特定的特征或组织和功能，这些特定的特征或组织和功能并不被认为是由遵循一组精确的指令以编程计算机的方式进行计算的思想相一致。大脑接收的信号与计算机信号的比较示出了大脑特定的多个特征。例如，现实世界并不呈现给大脑，而数据存储介质存储了呈现给编程计算机的一系列明确信号。但是，大脑使人类(和动物)能够感知他们的环境、对大量可变信号进行模式分类、以及发起运动。神经系统执行视觉、声音等不同信号的知觉分类化，以及在没有预先安排的代码的情况下将这些信号分为相干种类的能力是特殊的，以及现今的计算机无论是基于人工智能(AI)原理还是基于神经网络结构，都不可与之匹配。大脑的视觉系统包含多个皮层区域，这些皮层区域专用于不同的视觉特征。例如，一个区域响应对象的颜色，另一独立区域响应对象的形状，而另一区域响应对象的任何动作。例如，大脑将会使人类能够看到并区别场景中的均在蓝色天空背景下运动的红色飞机与灰色云彩。然而，没有单个的大脑区域具有对响应颜色、形状和运动的独立区域(用于协调颜色、形状和运动)的最高控制，使得我们看到和区别单个对象(例如，飞机)，以及将单个对象与场景中的其它对象(例如，云彩和天空)进行区分。在大脑中没有这样的单个最高控制区域的事实提出了所谓的“绑定问题”。为了关联属于各个对象的特征，以及在不同的对象中进行区分，大脑的这些功能上独立的区域怎样协调它们的活动呢？正是大脑关联和区分不同对象的这种能力使我们能够在现实世界环境中四处移动。具有模拟神经系统的移动的基于大脑的设备能够控制设备在现实世界丰富环境中的行为，因此将会具有许多优点和应用。用于解决“绑定问题”的机制通常落入两类中的一类(i)通过大脑的“较高”注意机制的影响进行绑定，以及(ii)选择性地同步在大脑中动态形成的神经元组的“激发(firing)”。在(i)中，看法是，大脑通过前额区域的腔壁，通过执行机制(例如，将组合出现在空间中的单独位置处的视觉特征)来“绑定”对象(例如，蓝色天空背景下的红色飞机或灰色云彩)。在(ii)中，看法是，大脑通过选择性地同步神经元的激发来进行链接的神经元组，在自动、动态和预先注意的过程中“绑定”对象。这些同步的神经元组在大脑内形成与知觉类别相对应的活动或电路的全局模式。这使我们可以看到，例如，红色的飞行的飞机，作为与诸如灰色的移动的云彩之类的其它对象不同的单个对象。视觉绑定的基于计算机的计算模型和具有模拟神经系统的物理的、移动的基于大脑的设备是已知的。然而，二者均不在计算机模型中或物理的基于大脑的设备的模拟神经系统中提供紧急电路，其中，物理的、基于大脑的设备使得在现实世界环境中、尤其在需要对场景中许多对象中的一个对象实施优先行为的环境中，提供了具有丰富和可变行为的设备。例如，期望使移动的基于大脑的设备在环境中四处移动，以及具有对场景中许多对象中的一个对象的优先行为，使得能够通过车载摄像头获得该对象的图像，并通过车载夹具选择该对象。现有的计算计算机模型通过提供类似于大脑视觉系统的九个皮层区的九个神经区，来模拟神经系统。这种模型还模拟了神经系统的“奖赏”和电动机系统。这种模型在九个不同的皮层区之间具有“可重入(reentrant)连接”或电路，这是允许皮层区彼此互相作用的连接。这种计算模型示出了可重入电路导致绑定的能力；然而，这种计算机模型具有多个限制。模型化神经系统的刺激来自一组预定的模拟对象形状，以及这些激励具有统一的大小比例，与在现实世界环境中发现的相反。此外，所得到的模型化行为没有出现在通过现实世界中的有机体的活动而体验到的丰富和嘈杂的环境中。在1992年7/8月的Cerebral Cortex中的Tononi和Edelman所著的名为“Reentry and theProblem of Integrating Multiple Cortical AreasSimulation of DynamicIntegration in the Visual System”的论文中，给出了对这种计算模型更加详细的描述。现有的具有模拟神经系统的物理的、移动的基于大脑的设备探察了它的环境，以及通过该实验，学习开发自适应行为。由在计算机系统上实现的模拟神经系统来指导这样的现有的移动的基于大脑的设备。神经系统的模拟是基于脊椎动物神经系统的解剖学和生理学，但是，作为使用的任何模拟神经系统，具有比在大脑中发现的少的神经元和比在大脑中发现的简单的构造。对于这种物理的、移动的基于大脑的设备，神经系统由类似于皮层和皮层下的大脑区域的六个主要神经区构成。这六个主要区包括听觉系统、视觉系统、味觉系统、能够触发行为的电动机系统、视觉跟踪系统和值系统。在2002年8月的Cerebral Cortex中的Krichmar和Edelman所著的名为“MachinePsychologyAutonomous Behavior，Perceptual Categorization andConditioning in a Brain-based Device”的论文中，给出了对这种移动的、基于大脑的设备的详细描述。尽管这种基于大脑的设备在现实世界环境中工作，但是它尤其不实现可重入连接，从而限制了从事视觉指导行为以及现实世界环境中的对象辨别的能力。
技术实现思路
本专利技术是具有模拟神经系统的物理的、移动的基于大脑的设备(“BBD”)，用于指导现实世界环境中的设备丰富的探察和选择性行为。该设备的模拟神经系统包含类似于大脑视觉系统腹侧流的模拟神经区，已知为神经区V1、V2、V4，影响视觉跟踪(神经区C)的IT，以及具有值系统(区S)的神经区。这些神经区在彼此内或彼此之间具有可重入连接，可重入连接引起电动机活动中的偏置，这调动了支持场景中的视觉对象辨别的移动设备中的行为响应。每个神经区由许多神经元单元组成。以及，为了表示神经元活动的相对时间，由激发速率变量和相位变量来描述每个神经区中的每个神经元单元，其中，相似的相位反映同步激发。因此，在本专利技术中，基于根据可重入连接和同步神经元激发原理的输入，解决了绑定问题。当本专利技术的物理的、移动的设备在现实世界中的条件作用或训练阶段移动和相互作用时，该设备获知什么对象在它的环境中，即，在模拟中，没有将对象作为预定数据给予该设备。也就是说，在给出的环境中，本专利技术基于大脑的设备获知什么是特定对象(如，绿色菱形)、什么是地板、什么是墙壁等。此外本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种移动的基于大脑的设备，用于在现实世界环境中行动以综合视觉场景，所述设备包括：　　　　ａ）移动自适应设备，具有　　　　ｉ）视觉输入传感器，用于接收视觉信息；　　　　ｉｉ）听觉输入传感器，用于接收听觉信息；以及　　　　ｉｉｉ）效应器，用于使所述移动自适应设备能够运动；　　　　ｂ）基于计算机的模拟神经系统，所述系统与人类大脑的皮层区域相对应，用于绑定视觉场景内对象的不同视觉特征，所述基于计算机的模拟神经系统包括　　　　ｉ）第一神经区，用于形成视觉系统，以及响应来自所述视觉输入传感器的视觉输入，以产生视觉刺激，所述第一神经区与产生视觉刺激的大脑的腹侧皮层通路相对应；　　　　ｉｉ）第二神经区，用于形成听觉系统，以及响应来自所述听觉输入传感器的听觉输入，以产生听觉刺激；　　　　ｉｉｉ）第三神经区，类似于上行神经调节系统，响应由所述移动的基于大脑的设备所经历的现实世界的突出事件，以产生值刺激；以及　　　　ｉｖ）第四神经区，用于形成跟踪系统，以及响应所述听觉、视觉和值刺激，以控制所述效应器来使所述移动自适应设备朝向针对所述移动自适应设备的听觉和视觉输入信息进行定向，所述第四神经区与大脑的上丘区相对应；以及　　　　ｃ）其中，在所述移动自适应设备通过所述第一、第二、第三和第四神经区中的每个区内的神经元单元的可重入连接，通过所述第一、第二、第三和第四神经区之间的可重入连接，以及通过本地处理和全局处理的交互作用，来进行现实世界的移动的期间，可实现视觉绑定，其中，所述本地处理是所述第一、第二、第三和第四神经区中的每个区内的活动，以及所述全局处理在现实世界操作期间形成功能神经电路，并具有所述第一、第二、第三和第四神经区之间的同步活动。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2004-4-15 60/562,376;US 2005-4-13 11/105,0191.一种移动的基于大脑的设备，用于在现实世界环境中行动以综合视觉场景，所述设备包括a)移动自适应设备，具有i)视觉输入传感器，用于接收视觉信息；ii)听觉输入传感器，用于接收听觉信息；以及iii)效应器，用于使所述移动自适应设备能够运动；b)基于计算机的模拟神经系统，所述系统与人类大脑的皮层区域相对应，用于绑定视觉场景内对象的不同视觉特征，所述基于计算机的模拟神经系统包括i)第一神经区，用于形成视觉系统，以及响应来自所述视觉输入传感器的视觉输入，以产生视觉刺激，所述第一神经区与产生视觉刺激的大脑的腹侧皮层通路相对应；ii)第二神经区，用于形成听觉系统，以及响应来自所述听觉输入传感器的听觉输入，以产生听觉刺激；iii)第三神经区，类似于上行神经调节系统，响应由所述移动的基于大脑的设备所经历的现实世界的突出事件，以产生值刺激；以及iv)第四神经区，用于形成跟踪系统，以及响应所述听觉、视觉和值刺激，以控制所述效应器来使所述移动自适应设备朝向针对所述移动自适应设备的听觉和视觉输入信息进行定向，所述第四神经区与大脑的上丘区相对应；以及c)其中，在所述移动自适应设备通过所述第一、第二、第三和第四神经区中的每个区内的神经元单元的可重入连接，通过所述第一、第二、第三和第四神经区之间的可重入连接，以及通过本地处理和全局处理的交互作用，来进行现实世界的移动的期间，可实现视觉绑定，其中，所述本地处理是所述第一、第二、第三和第四神经区中的每个区内的活动，以及所述全局处理在现实世界操作期间形成功能神经电路，并具有所述第一、第二、第三和第四神经区之间的同步活动。2.如权利要求1所述的移动的基于大脑的设备，其中，在所述第一、第二、第三和第四神经区中的每个神经元单元具有相对的神经元活动，由激发速率变量来表示对这些活动的定时，以及由相位变量来表示对这些活动的相对定时，其中，神经元单元类似的激发相位反映了同步活动。3.如权利要求1所述的移动的基于大脑的设备，其中，所述值刺激修改在所述第一、第二、第三和第四神经区之间的突触连接的强度，以提供所述移动的基于大脑的设备在现实世界环境中的自适应行为。4.如权利要求1所述的移动的基于大脑的设备，其中，所述第一神经区与垂直皮层通路V1→V2→V4→IT相对应。5.如权利要求4所述的移动的基于大脑的设备，其中，将所述神经区V1划分为子区域，所述子区域具有响应视觉对象的颜色和线段的神经元单元。6.如权利要求4所述的移动的基于大脑的设备，其中，所述神经区V2具有神经元单元，所述神经元单元的各个域与所...

【专利技术属性】
技术研发人员：埃尼尔K塞思，杰弗里L麦克金斯基，杰拉尔德M埃德尔曼，杰弗里L克里查玛，
申请(专利权)人：神经科学研究基金会，
类型：发明
国别省市：US[美国]