Dissertação

{en_GB=Cerebellum Model for Movement Coordination} {} EVALUATED

{pt=É proposto um modelo computacional para coordenação motora baseado em teorias sobre a função do cerebelo. O papel do cerebelo na coordenação de movimentos está bem estabelecido mas descobertas recentes sugerem papéis adicionais na predição sensorial e cognição. Começamos por rever as obras de Marr e Albus, umas das mais influentes teorias sobre o cerebelo. Também analisamos uma teoria menos conhecida da autoria de Mechsner, que propõe que o córtice cerebelar executa uma operação de emparelhamento, agrupando movimentos elementares executados frequentemente em conjunto. Com esta teoria como ponto de partida, propomos um modelo computacional expandido com as descobertas sobre previsão sensorial e conceitos de teorias sobre modelos internos. Um modelo desta natureza poderia ser mais tarde aplicado no campo da robótica, permitindo a execução de movimentos suaves e naturais. Implementámos um modelo simples capaz de guiar um agente, num ambiente de duas dimensões, de uma posição inicial a um objetivo usando apenas simples movimentos elementares. A evolução deste modelo é descrita em detalhe nesta dissertação. Uma das suas caraterísticas é uma estratégia capaz de fazer combinações simples de movimentos elementares, criando novos movimentos. O modelo também possui um método para aprimorar as associações aprendidas de modo a fazer pequenos ajustes à trajetória do agente. Também foram implementadas outras estratégias e fizemos experiências para comparar o desempenho das diferentes configurações possíveis. A versão final do modelo, porém, ainda se encontra longe da nossa solução proposta., en=A computational model for motor coordination is proposed based on theories on cerebellar function. The role of the cerebellum in coordinating motion has been well established but recent findings suggest additional roles in sensory prediction and cognition. We start by reviewing the works of Marr and Albus, some of the most influential theories about the cerebellum. We also look at a less known theory by Mechsner, which proposes that the cerebellar cortex performs a coupling operation, grouping elementary movements executed frequently together. With this theory as a starting point, we propose a computational model extended with the findings on sensory prediction and concepts from internal model theories. A model of this nature could later be applied to the field of robotics, permitting the execution of smooth and natural motion. We implemented a simple model capable of guiding an agent in a two-dimensional environment from a starting position to a goal using simple elementary movements. The evolution of said model is described in detail in this dissertation. One of its features is a strategy that is capable of making simple combinations of elementary movements, creating new movements. The model also has a method to refine the learned associations in order to make small adjustments to the agent's trajectory. Other strategies were also implemented and we did experiments to compare the performance of the different possible configurations. The final version of the model, however, is still far from our proposed solution.}
{pt=Cerebelo, Controlo Motor, Controlo Sensorimotor, Modelos Internos, Neurociência Computacional, en=Cerebellum, Motor Control, Sensorimotor Control, Internal Models, Computational Neuroscience}

Junho 17, 2020, 14:30

Orientação

ORIENTADOR

Andreas Miroslaus Wichert

Departamento de Engenharia Informática (DEI)

Professor Auxiliar