Melukorrelaatioiden roolin tutkiminen oppimisessa

Nisäkkäiden aivot edustavat tietoa käyttämällä hajautettuja populaatiokoodeja, jotka tarjoavat useita etuja kestävyydestä korkeaan esityskykyyn. Kuitenkin alavirran lukuhermosoluille tällaiset koodit aiheuttavat valtavia korkeadimensionaalisia oppimisongelmia, koska erittäin suurta määrää synaptisia yhteyksiä on säädettävä oppimisen aikana sopivan lukeman etsimiseksi. Viimeaikainen teoreettinen työmme oletti, että näitä korkean ulottuvuuden oppimisongelmia voidaan yksinkertaistaa induktiivisilla harhoilla, jotka toteutetaan ärsykkeestä riippumattomien kohinakorrelaatioiden avulla, jotka ilmaisevat sen asteen, jolla hermosolupari kovarioi kokeiden välisissä vaihteluissa. Vaikka kohinakorrelaatioiden on perinteisesti katsottu rajoittavan esityskapasiteettia, viimeaikainen työmme osoittaa, että ne samanaikaisesti rajoittavat lukemisen oppimista. Joissakin biologisesti merkityksellisissä tapauksissa he voisivat teoriassa nopeuttaa oppimista muokkaamalla taustalla olevan hermotilan geometriaa keskittymään oppimisen gradientin tehtävään liittyviin ulottuvuuksiin. Tätä kohinakorrelaatioiden oletettua roolia oppimisen muokkaamisessa ei kuitenkaan ole vielä testattu empiirisesti. Tässä tutkijat kehittävät kokeellisen kehyksen testatakseen kohinakorrelaatioiden ennustettua roolia, mitattuna kovariaatiolla fMRI-monivokselin BOLD-aktiivisuuskuvioissa tietylle ärsykkeelle oppimisessa sekä tutuissa että uusissa yhteyksissä. Tutuissa yhteyksissä hyödyllisiä kohinakorrelaatioita voidaan indusoida prefrontaalisen aivokuoren ylhäältä alas -tuloilla, jotka signaloivat asiaankuuluvia tehtävän ulottuvuuksia. Siten kohinakorrelaatioiden voimakkuus tehtävään liittyvissä ulottuvuuksissa ennustaisi tehtävään liittyvien ominaisuuksien nopeampaa oppimista. Toisaalta uusissa yhteyksissä, kun asiaankuuluvat tehtävän dimensiot eivät ole tiedossa, kohinakorrelaatiot voivat pakottaa gradientteja tehtävän kannalta epäolennaisiin ulottuvuuksiin ja siten heikentää oppimista. Siksi kohinakorrelaatioiden vaimentaminen, joka voidaan saavuttaa neuromodulatorisella signaloinnilla, voi nopeuttaa oppimista vähentämällä harhaa aikaisin oppimisen aikana tai tehtävään liittyvän ärsykkeen muutoksen jälkeen. Tavoitteidemme mukaisesti tutkijat kehittävät suunnitelman laskennallisen mallimme perusennusteiden testaamiseksi käyttämällä fMRI:tä melukorrelaatioiden geometrian ja pupillometrian karakterisoimiseksi neuromodulatorisen signaalin välityspalvelimena ihmisillä. Suunniteltu tutkimus on ensimmäinen empiirinen testi melukorrelaatioiden roolista oppimisessa.