基于反向传播的重现假说：反向传播的动作电位介导回忆、想象、语言理解与命名

自一个多世纪前神经元学说问世以来，大脑中的信息处理被广泛认为主要遵循从前突触到后突触神经元的向前方向。挑战这一主流观点，本文提出基于反向传播的重现假说如下：沿（最高权重）后突触到前突触反向通路传播的微弱且快速衰减的动作电位，介导基于明确线索的记忆回忆。这还包括想象、未来情景思考、语言理解以及将名称与各种刺激相关联的任务。这些信号起源于高度不变神经元，后者对某些特定刺激（例如猫的图像）唯一响应。随后它们向后传播以重新激活在感知过程中对该特定刺激唯一响应的相同神经元群体，从而“离线”重现相似的体验。在详细陈述我们的假说后，我们通过全面的文献综述对其假设提出挑战。我们发现了大量支持其多数假设的证据，包括具有有趣性质的反向传播信号的存在。接着我们利用基于现有脉冲神经网络模型与STDP学习的模拟，展示使用此种机制以与最先进机器学习分类器相同的高精度将物体图像映射到其名称的计算可行性。尽管尚非理论，我们相信这一假说呈现了值得进一步研究的范式转变：它尤其为语言习得与理解、记忆编码与提取之间的相互作用，以及调和稀疏编码与分布式表征之间明显对立的观点开辟了新途径。