How does the brain control the eye movements ? An analysis-by-synthesis approach

Apesar de extensa pesquisa, os mecanismos subjacentes ao controlo dos movimentos oculares pelo cérebro ainda não são bem compreendidos. Modelos biomiméticos de sistemas biológicos têm fornecido informações valiosas sobre o seu funcionamento e controlo. Este trabalho tem como objectivo desenvolver um modelo artificial do sistema ocular humano para explorar como o cérebro controla movimentos sacádicos.

O controlo de movimento sacádico é formulado como decorrente de um processo de optimização aplicado aos sinais de controlo, onde métricas como precisão, duração, energia e tensão são usadas para avaliar o desempenho do movimento resultante. Deste modo, um algoritmo model-free baseado em aprendizagem por reforço é utilizando para aprender, através de tentativa e erro, como controlar um sistema em malha-aberta, utilizando sinais de controlo inspirados em argumentos biológicos.

Um modelo computacional realista do sistema ocular humano, com seis graus de liberdade, é utilizado para analisar como diferentes sinais de controlo afetam o movimento ocular resultante. Os resultados obtidos através desta metodologia demonstram que os controlos aprendidos replicam características de sacadas semelhantes às humanas, tais como as relações de main sequence, a conformidade com a lei de Listing, e o acoplamento antagonista entre os músculos extraoculares - sem que esses comportamentos sejam impostos diretamente.

Adicionalmente, esta metodologia foi utilizada para analisar o impacto dos factores presentes na função de recompensa, bem como a introdução de ruído dependente do sinal e aditivo, nas estratégias de controlo sacádico e nos movimentos resultantes.