At the core of bodily self-consciousness is the perception of the ownership of one's body. Recent efforts to gain a deeper understanding of the mechanisms behind the brain's encoding of the self-body have led to various attempts to develop a unified theoretical framework to explain related behavioral and neurophysiological phenomena. A central question to be explained is how body illusions such as the rubber hand illusion actually occur. Despite the conceptual descriptions of the mechanisms of bodily self-consciousness and the possible relevant brain areas, the existing theoretical models still lack an explanation of the computational mechanisms by which the brain encodes the perception of one's body and how our subjectively perceived body illusions can be generated by neural networks. Here we integrate the biological findings of bodily self-consciousness to propose a Brain-inspired bodily self-perception model, by which perceptions of bodily self can be autonomously constructed without any supervision signals. We successfully validated our computational model with six rubber hand illusion experiments on platforms including a iCub humanoid robot and simulated environments. The experimental results show that our model can not only well replicate the behavioral and neural data of monkeys in biological experiments, but also reasonably explain the causes and results of the rubber hand illusion from the neuronal level due to advantages in biological interpretability, thus contributing to the revealing of the computational and neural mechanisms underlying the occurrence of the rubber hand illusion.


翻译:身体自我意识的核心在于对自身身体的所有权感知。为了深入了解大脑编码自我身体的机制,最近的努力涉及各种尝试,以开发一个统一的理论框架来解释相关的行为和神经生理现象。需要解释的一个核心问题是,如何产生橡皮手现象等身体幻觉。尽管身体自我意识的机制和可能涉及的大脑区域的概念描述已经存在,但现有的理论模型仍然缺乏一种解释大脑如何编码自我身体感知以及我们主观感知的身体幻觉如何由神经网络生成的计算机制的解释。在此,我们整合了身体自我意识的生物学发现,提出了一种基于大脑启发的身体自我感知模型,可自主构建身体自我感知,无需任何监督信号。我们使用包括iCub类人机器人和模拟环境在内的六个橡皮手现象实验平台成功验证了我们的计算模型。实验结果表明,我们的模型不仅可以很好地复制生物实验中猴子的行为和神经数据,而且由于具有生物可解释性的优势,在神经元水平上合理地解释了橡皮手现象的原因和结果,从而有助于揭示产生橡皮手现象的计算和神经机制。

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