皮层中尺度神经活动非平衡流的感觉表征

我们提出一种感觉知觉与感觉皮层介观尺度的非平衡理论。我们提出，局部神经元集群（皮层柱）在活动状态（开与关）之间自发切换，并且少量皮层柱群体在感觉皮层各区域内部及区域之间相互耦合。由此形成的网络产生突然的大尺度波动，并通过特征性的活动流模式表征感觉输入与知觉。这种非平衡动力学由最大路径熵变分原理（即 Maximum Caliber）所支配。相比之下，许多现有理论则假定平衡动力学以及以活动状态进行表征。我们的感觉皮层最小模型描述了来自两个皮层区域的皮层柱群体，并完全由对知觉外观“反转”的经验观察所约束——这些反转在视觉、听觉和触觉刺激中自发出现。我们通过动态哈密顿函数以活动流形式化表征。令人惊讶的是，有效表征需要切换皮层柱的小数波动，因为较大的数目将被滞后现象所支配。最后，我们详细说明了对放电神经元微观尺度的预测，这些预测源自开-关切换与非平衡动力学。我们得出结论：支撑知觉的神经层级在功能上以活动流的方式组织。非平衡的内在不稳定性确保了主动更新，并使所有知觉都易于被即时修正。我们推测，当前的脑功能理论（如自由能原理）可以依据非平衡的变分原理 Maximum Caliber 重新表述。

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