[发明专利]一种基于鼠脑视觉通路与内嗅—海马认知机理的情景记忆模型构建方法

说明书

本发明提出一种基于鼠脑视觉通路与内嗅—海马认知机理的情景记忆模型构建方法，属于机器人环境认知与导航技术领域，主要应用于智能移动机器人的环境认知和导航，完成环境认知地图构建及面向目标导航等任务。采集环境的图像信息及机器人的角度与速度，角度与速度输入内嗅—海马CA3神经计算模型得到机器人的精确位置、方向信息；视觉信息输入视觉通路计算模型得到当前机器人视野内的情景信息。将上述两路信息融合并存储在具有拓扑结构关系的记忆单元模型中。利用情景信息对机器人探索过程中的路径积分误差进行纠正，进而构建环境表达的情景认知地图。

技术领域：

本发明属于智能移动机器人环境认知与导航技术领域，具体涉及一种基于鼠脑视觉通路与内嗅—海马认知机理的情景记忆模型构建方法。

背景技术

环境感知和认知是人和动物大脑的一项基本技能，也是自主移动式机器人的基本任务和关键问题。具备像高等哺乳动物一样的智能行为是其能够在复杂未知的环境中快速而准确地实现面向目标导航的必要条件。而如何将这种能力赋予机器人，是人工智能、机器人学以及神经科学等领域共同关心的问题。

生理学研究表明，大鼠能够进行环境认知与导航的关键在于其大脑内部存在的多种对空间有着特异性放电作用的神经元细胞，主要包括：内嗅皮层中的头朝向细胞、条纹细胞、网格细胞；外嗅皮层及周嗅皮层中的对象矢量细胞；海马结构中的齿状回神经元、CA3位置细胞以及CA1位置细胞等，该类神经元细胞同时也被称为空间细胞。

哺乳动物对环境的感知信息百分之七十是通过视觉通路来收集，并通过脑内回路进一步将信息传递给一个负责环境认知的叫做海马体的组织结构。在鼠脑结构中，速度与角度信息被认为是输入到内侧颞叶中的内嗅皮层。而视觉信息是通过枕叶输出神经中的两个神经通路来传递的，其中一条沿腹侧进行信息传递的通路被称为腹侧通路，该部分实现的主体功能是物体感知及识别，所以又被称为“what回路”；另一条沿背侧的通路叫做背侧通路，又称枕顶通路。其特异性于空间感觉，及对运动的信息编码，决定物体在哪里，并分析场景中物体的空间位置信息，同时可以给出自身相对外界位置信息，所以又被叫做“where回路”。腹侧通路和背侧通路融合之后的视觉信息被认为是输入到内嗅皮层非网格细胞结构或外嗅皮层，随后与内嗅皮层输出的位置、方向信息一并送入海马体。

在海马体中，速度、方向信息首先输入齿状回神经元，而后再传递至海马CA3区的位置细胞，实现对空间位置的神经元表征。随后与视觉信息融合，传递至海马CA1区的位置细胞并存储，实现对空间环境与空间位置的联合记忆。因此在鼠脑结构中，内嗅—海马CA3结构用于表征自身在环境中所处的位置；两条视觉通路用于表征所处空间环境的情景信息；而海马CA1结构的功能则是存储两者的融合信息。

尽管近年来人工智能技术发展迅速，现阶段的自主移动式机器人对环境的感知和认知能力还远没有达到人和动物的水平。因此借鉴和模拟人和动物的环境感知和认知机制，构建自主移动机器人的环境感知和认知模型已成为智能移动机器人研究中的一大热点问题。本发明基于鼠脑视觉通路与内嗅—海马的生理学特性及其环境认知机理，面向智能移动机器人及其未知环境自主探索问题，提出一种智能移动机器人情景记忆模型的构建方法。

发明内容

以往的机器人环境认知与导航模型主要面临如下问题：

1.以往的相关研究工作是感知层次上的离散的研究，难以为未知动态环境下的移动机器人导航提供足够的信息。

2.传统的行为学习方法已经无法满足人类对机器人智能的要求，难以为复杂未知环境下的机器人导航提供足够的信息。

3.以往的认知模型大多数是基于符号化知识表示的，具有这一类认知模型的机器人系统的行动能力不强，适应性与可扩展性较差。