Undersøgelse af støjkorrelationers rolle i læring
21. maj 2026 opdateret af: Brown University
Kognitive og molekylære udfordringer til statistisk slutning på tværs af sund aldring
Et grundlæggende problem inden for neurovidenskab er, hvordan hjernen beregner med støjende neuroner.
En fordel ved befolkningskoder er, at downstream-neuroner kan samle sig på tværs af flere neuroner for at reducere støjpåvirkningen.
Denne fordel afhænger dog af, at støjen forbundet med hver neuron er uafhængig.
Støjkorrelationer refererer til kovariansen af støj mellem par af neuroner, og sådanne korrelationer kan begrænse fordelene ved at samle på tværs af store neurale populationer.
Faktisk hævder en stor mængde teoretisk arbejde, at positive støjkorrelationer mellem tilsvarende indstillede neuroner reducerer repræsentationskapaciteten af neurale populationer og dermed er skadelige for neurale beregninger.
På trods af denne tilsyneladende ulempe observeres sådanne støjkorrelationer på tværs af mange forskellige hjerneregioner, vedvarer selv i veltrænede forsøgspersoner og ændres dynamisk i komplekse opgaver.
Forskerne har fremført hypotesen om, at støjkorrelationer kan være en neural mekanisme til at reducere dimensionaliteten af indlæringsproblemer.
Levedygtigheden af denne hypotese er blevet demonstreret i neurale netværkssimuleringer, hvor støjkorrelationer, når de er indlejret i populationer med fast signal-til-støj-forhold, øger hastigheden og robustheden af læring.
Her sigter efterforskerne på at teste denne hypotese empirisk ved at bruge en kombination af beregningsmodellering, fMRI og pupillometri.
Etablering af en forbindelse mellem støjkorrelationer og læring ville åbne døren til en undersøgelse af, hvordan hjerner navigerer i en afvejning mellem repræsentationskapacitet og læringshastigheden.
Studieoversigt
Status
Afsluttet
Betingelser
Intervention / Behandling
Detaljeret beskrivelse
Pattedyrs hjerner repræsenterer information ved hjælp af distribuerede befolkningskoder, som giver en række fordele fra robusthed til høj repræsentationskapacitet.
For nedstrøms udlæsningsneuroner udgør sådanne koder imidlertid formidable højdimensionelle indlæringsproblemer, da et meget stort antal synaptiske forbindelser skal justeres under indlæringen i jagten på en passende udlæsning.
Vores nylige teoretiske arbejde antog, at disse højdimensionelle indlæringsproblemer kan forenkles ved induktive skævheder implementeret gennem stimulus-uafhængige støjkorrelationer, som udtrykker graden, hvormed et par neuroner samvarierer i deres forsøg-til-forsøgsfluktuationer.
Mens støjkorrelationer traditionelt er blevet betragtet som at give begrænsninger på repræsentationskapacitet, viser vores seneste arbejde, at de samtidig begrænser udlæsningsindlæring.
I nogle biologisk relevante tilfælde kunne de teoretisk fremskynde læring ved at forme geometrien af det underliggende neurale rum for at fokusere læringsgradienten på opgaverelevante dimensioner.
Imidlertid er denne hypotese om støjkorrelationers rolle i udformningen af læring endnu ikke blevet empirisk testet.
Her udarbejder efterforskerne en eksperimentel ramme for at teste den forudsagte rolle af støjkorrelationer, målt gennem samvariation i fMRI multi-voxel BOLD aktivitetsmønstre for en given stimulus, på læring i både velkendte og nye sammenhænge.
I velkendte sammenhænge kan nyttige støjkorrelationer induceres af top-down input fra den præfrontale cortex, der signalerer relevante opgavedimensioner.
Styrken af støjkorrelationer i opgaverelevante dimensioner ville således forudsige hurtigere læring om opgaverelevante funktioner.
På den anden side, i nye sammenhænge, hvor de relevante opgavedimensioner er ukendte, kan støjkorrelationer tvinge gradienter over på opgaveirrelevante dimensioner og dermed forringe læring.
Derfor kan undertrykkelse af støjkorrelationer, som kan opnås gennem neuromodulatorisk signalering, fremskynde læring ved at reducere bias tidligt under læring eller efter en ændring i den opgaverelevante stimulus.
På tværs af vores mål udvikler efterforskerne en plan for at teste de mest grundlæggende forudsigelser af vores beregningsmodel ved hjælp af fMRI til at karakterisere geometrien af støjkorrelationer og pupillometri som en proxy for neuromodulatorisk signalering hos menneskelige forsøgspersoner.
Den planlagte forskning vil give den første empiriske test af støjkorrelationers rolle i læring.
Undersøgelsestype
Interventionel
Tilmelding (Faktiske)
47
Fase
- Ikke anvendelig
Kontakter og lokationer
Dette afsnit indeholder kontaktoplysninger for dem, der udfører undersøgelsen, og oplysninger om, hvor denne undersøgelse udføres.
Studiesteder
-
-
Rhode Island
-
Providence, Rhode Island, Forenede Stater, 02906
- Brown University
-
-
Deltagelseskriterier
Forskere leder efter personer, der passer til en bestemt beskrivelse, kaldet berettigelseskriterier. Nogle eksempler på disse kriterier er en persons generelle helbredstilstand eller tidligere behandlinger.
Berettigelseskriterier
Aldre berettiget til at studere
- Voksen
- Ældre voksen
Tager imod sunde frivillige
Ja
Beskrivelse
Inklusionskriterier:
- Alder over 18
- Normalt eller korrigerbart syn
Ekskluderingskriterier:
- Alder under 18
- Klaustrofobi
- Farveblindhed
- Neuroleptika medicin
- Historie med stofmisbrug og/eller alkoholisme
- Betingelser kontraindiceret til MR, såsom:
- Kirurgisk implantat, der ikke er MR-kompatibelt
- Metalfragmenter i kroppen
- Tatovering med metallisk blæk
- Øjensygdomme / svækkelse:
- Grå stær
- Macula degeneration
- Retinopatier
- Delvist synstab
- Sygehistorie:
- Slagtilfælde
- Traumatisk hjerneskade
- Epilepsi
- Skizofreni
- Manisk depression med symptomer inklusive, men ikke begrænset til, psykose, mani, vrangforestillinger og audio/visuelle hallucinationer.
Studieplan
Dette afsnit indeholder detaljer om studieplanen, herunder hvordan undersøgelsen er designet, og hvad undersøgelsen måler.
Hvordan er undersøgelsen tilrettelagt?
Design detaljer
- Primært formål: Grundvidenskab
- Tildeling: N/A
- Interventionel model: Enkelt gruppeopgave
- Maskning: Ingen (Åben etiket)
Våben og indgreb
Deltagergruppe / Arm |
Intervention / Behandling |
|---|---|
|
Eksperimentel: Dynamisk perceptuel diskriminationsopgave
Opgaven indeholdt to opgavebetingelser, som hver krævede integration af information fra begge stimulusdimensioner.
I hver tilstand så deltagerne en stimulus indeholdende bevægelses- og farveinformation og blev forpligtet til at specificere en af to mulige reaktioner.
Inden for hver betingelse ændrede regler og responskortlægning sig lejlighedsvis, men altid ved at ændre på en fast funktionsdimension (dvs.
højre/lilla, venstre/orange).
Disse uanmeldte intra-dimensionelle skift involverede translationelle skift i læringsgrænsen, hvilket krævede, at de tilpassede deres beslutningstagning inden for en velkendt dimension.
Disse skift tvang deltagerne til løbende at justere deres læringsstrategier ved at fokusere på den mest relevante funktionsdimension.
|
Undersøgelsen indeholdt to opgavebetingelser, som hver krævede integration af information fra begge stimulusdimensioner.
I hver tilstand så deltagerne en stimulus indeholdende bevægelses- og farveinformation og blev forpligtet til at specificere en af to mulige reaktioner.
Inden for hver betingelse ændrede regler og responskortlægning sig lejlighedsvis, men altid ved at ændre på en fast funktionsdimension (dvs.
højre/lilla, venstre/orange).
Disse uanmeldte intra-dimensionelle skift involverede translationelle skift i læringsgrænsen, hvilket krævede, at de tilpassede deres beslutningstagning inden for en velkendt dimension.
Disse skift tvang deltagerne til løbende at justere deres læringsstrategier ved at fokusere på den mest relevante funktionsdimension.
Hjernebilleddata fra deltagerne vil blive indsamlet samtidigt, mens de udfører den perceptuelle diskriminationsopgave.
|
Hvad måler undersøgelsen?
Primære resultatmål
Resultatmål |
Foranstaltningsbeskrivelse |
Tidsramme |
|---|---|---|
|
Deltager lærer asymmetri i adfærdsopgaven
Tidsramme: Fra slutningen af adfærdssessionen til begyndelsen af scanningssessionen, typisk inden for en uge
|
Deltagernes læringsasymmetrier på de opgaverelevante og opgaveirrelevante dimensioner evalueres med vores forstærkende læringsmodel, der genskaber deres læringsgradient på de respektive læringsdimensioner.
|
Fra slutningen af adfærdssessionen til begyndelsen af scanningssessionen, typisk inden for en uge
|
|
Støjkorrelationer i hjernen
Tidsramme: Gennem afslutning af analyse, i gennemsnit 6 måneder
|
Efterforskerne vil identificere støjkorrelationen - forholdet mellem forsøg for forsøg variabilitet forbundet med en stimulus langs de opgaverelevante versus opgaveirrelevante kodningsakser.
Kodningsakserne vil blive afkodet fra interesseområdet ved hjælp af multi-voxel-mønstre, der er forbundet med individuelle forsøg.
|
Gennem afslutning af analyse, i gennemsnit 6 måneder
|
Samarbejdspartnere og efterforskere
Det er her, du vil finde personer og organisationer, der er involveret i denne undersøgelse.
Sponsor
Samarbejdspartnere
Efterforskere
- Ledende efterforsker: Matthew Nassar, PhD, Brown University
Publikationer og nyttige links
Den person, der er ansvarlig for at indtaste oplysninger om undersøgelsen, leverer frivilligt disse publikationer. Disse kan handle om alt relateret til undersøgelsen.
Generelle publikationer
- Fusi S, Miller EK, Rigotti M. Why neurons mix: high dimensionality for higher cognition. Curr Opin Neurobiol. 2016 Apr;37:66-74. doi: 10.1016/j.conb.2016.01.010. Epub 2016 Feb 4.
- Cohen MR, Newsome WT. Context-dependent changes in functional circuitry in visual area MT. Neuron. 2008 Oct 9;60(1):162-73. doi: 10.1016/j.neuron.2008.08.007.
- Nassar MR, Scott D, Bhandari A. Noise Correlations for Faster and More Robust Learning. J Neurosci. 2021 Aug 4;41(31):6740-6752. doi: 10.1523/JNEUROSCI.3045-20.2021. Epub 2021 Jun 30.
Datoer for undersøgelser
Disse datoer sporer fremskridtene for indsendelser af undersøgelsesrekord og resumeresultater til ClinicalTrials.gov. Studieregistreringer og rapporterede resultater gennemgås af National Library of Medicine (NLM) for at sikre, at de opfylder specifikke kvalitetskontrolstandarder, før de offentliggøres på den offentlige hjemmeside.
Studer store datoer
Studiestart (Faktiske)
14. december 2024
Primær færdiggørelse (Faktiske)
1. september 2025
Studieafslutning (Faktiske)
1. september 2025
Datoer for studieregistrering
Først indsendt
18. oktober 2024
Først indsendt, der opfyldte QC-kriterier
1. november 2024
Først opslået (Faktiske)
4. november 2024
Opdateringer af undersøgelsesjournaler
Sidste opdatering sendt (Faktiske)
26. maj 2026
Sidste opdatering indsendt, der opfyldte kvalitetskontrolkriterier
21. maj 2026
Sidst verificeret
1. november 2024
Mere information
Begreber relateret til denne undersøgelse
Yderligere relevante MeSH-vilkår
Andre undersøgelses-id-numre
- 1806002126
- 1P30GM149405-01 (U.S. NIH-bevilling/kontrakt)
Plan for individuelle deltagerdata (IPD)
Planlægger du at dele individuelle deltagerdata (IPD)?
INGEN
IPD-planbeskrivelse
Enhver, der er interesseret i IPD, bør kontakte den primære efterforsker
Lægemiddel- og udstyrsoplysninger, undersøgelsesdokumenter
Studerer et amerikansk FDA-reguleret lægemiddelprodukt
Ingen
Studerer et amerikansk FDA-reguleret enhedsprodukt
Ja
produkt fremstillet i og eksporteret fra U.S.A.
Ingen
Disse oplysninger blev hentet direkte fra webstedet clinicaltrials.gov uden ændringer. Hvis du har nogen anmodninger om at ændre, fjerne eller opdatere dine undersøgelsesoplysninger, bedes du kontakte register@clinicaltrials.gov. Så snart en ændring er implementeret på clinicaltrials.gov, vil denne også blive opdateret automatisk på vores hjemmeside .