Zkoumání role korelací hluku při učení

Mozky savců představují informace pomocí distribuovaných populačních kódů, které poskytují řadu výhod od robustnosti po vysokou reprezentační kapacitu. Pro downstream čtecí neurony však takové kódy představují impozantní vysokorozměrné problémy s učením, protože při hledání vhodného výstupu musí být během učení upraveno velmi velké množství synaptických spojení. Naše nedávná teoretická práce předpokládala, že tyto vysokorozměrné problémy s učením mohou být zjednodušeny induktivními zkresleními implementovanými prostřednictvím šumových korelací nezávislých na stimulech, které vyjadřují míru, do jaké pár neuronů kovary ve svých fluktuacích mezi pokusy. Zatímco šumové korelace byly tradičně považovány za poskytující omezení reprezentační kapacity, naše nedávná práce ukazuje, že současně omezují učení čtení. V některých biologicky relevantních případech by teoreticky mohly urychlit učení tvarováním geometrie základního neurálního prostoru tak, aby se gradient učení zaměřil na dimenze relevantní pro daný úkol. Tato předpokládaná role korelací hluku při utváření učení však dosud nebyla empiricky testována. Zde vyšetřovatelé vypracují experimentální rámec pro testování předpokládané role korelací šumu, měřené prostřednictvím kovariace ve vzorcích fMRI multi-voxel BOLD aktivity pro daný podnět, na učení ve známých i nových kontextech. Ve známých kontextech mohou být užitečné korelace šumu indukovány vstupy shora dolů z prefrontálního kortexu, které signalizují příslušné dimenze úkolu. Síla korelací šumu v dimenzích relevantních pro úkol by tedy předpovídala rychlejší učení o funkcích relevantních pro úkol. Na druhou stranu, v nových kontextech, kdy jsou relevantní dimenze úkolu neznámé, mohou korelace hluku vynutit gradienty do dimenzí, které nejsou pro úkol relevantní, a tak zhoršit učení. Potlačení korelací hluku, kterých lze dosáhnout prostřednictvím neuromodulační signalizace, proto může urychlit učení snížením zkreslení brzy během učení nebo po změně podnětu relevantního pro daný úkol. V rámci našich cílů vyvíjeli výzkumníci plán na testování nejzákladnějších předpovědí našeho výpočtového modelu pomocí fMRI k charakterizaci geometrie korelací šumu a pupilometrie jako proxy pro neuromodulační signalizaci u lidských subjektů. Plánovaný výzkum poskytne první empirický test role korelací hluku v učení.