An optimality principle for locomotor central pattern generators
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Two types of neural circuits contribute to legged locomotion: central pattern generators (CPGs) that produce rhythmic motor commands (even in the absence of feedback, termed “fictive locomotion”), and reflex circuits driven by sensory feedback. Each circuit alone serves a clear purpose, and the two together are understood to cooperate during normal locomotion. The difficulty is in explaining their relative balance objectively within a control model, as there are infinite combinations that could produce the same nominal motor pattern. Here we propose that optimization in the presence of uncertainty can explain how the circuits should best be combined for locomotion. The key is to re- interpret the CPG in the context of state estimator-based control: an internal model of the limbs that predicts their state, using sensory feedback to optimally balance competing effects of environmental and sensory uncertainties. We demonstrate use of optimally predicted state to drive a simple model of bipedal, dynamic walking, which thus yields minimal energetic cost of transport and best stability. The internal model may be implemented with classic neural half-center circuitry, except with neural parameters determined by optimal estimation principles. Fictive locomotion also emerges, but as a side effect of estimator dynamics rather than an explicit internal rhythm. Uncertainty could be key to shaping CPG behavior and governing optimal use of feedback. New and Noteworthy Sensory feedback modulates the central pattern generator (CPG) rhythm in locomotion, but there lacks an explanation for how much feedback is appropriate. We propose destabilizing noise as a determinant, where an uncertain environment demands more feedback, but noisy sensors demand less. We reinterpret the CPG as an internal model for predicting body state despite noise. Optimizing its feedback yields robust and economical gait in a walking model, and explains the advantages of feedback-driven CPG control.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».