Undersøker rollen til støykorrelasjoner i læring

Pattedyrhjerner representerer informasjon ved hjelp av distribuerte populasjonskoder som gir en rekke fordeler fra robusthet til høy representasjonskapasitet. For nedstrøms avlesningsneuroner utgjør imidlertid slike koder formidable høydimensjonale læringsproblemer ettersom et veldig stort antall synaptiske forbindelser må justeres under læring på jakt etter en passende avlesning. Vårt nylige teoretiske arbeid antok at disse høydimensjonale læringsproblemene kan forenkles av induktive skjevheter implementert gjennom stimulusuavhengige støykorrelasjoner som uttrykker graden som et par nevroner samvarierer i deres prøve-til-prøve svingninger. Selv om støykorrelasjoner tradisjonelt har blitt sett på som å gi begrensninger på representasjonskapasitet, viser vårt siste arbeid at de samtidig begrenser leselæring. I noen biologisk relevante tilfeller kunne de teoretisk sett fremskynde læringen ved å forme geometrien til det underliggende nevrale rommet for å fokusere læringsgradienten på oppgaverelevante dimensjoner. Imidlertid er denne hypotese rollen til støykorrelasjoner i forming av læring ennå ikke blitt empirisk testet. Her utarbeider etterforskerne et eksperimentelt rammeverk for å teste den forutsagte rollen til støykorrelasjoner, målt gjennom samvariasjon i fMRI multi-voxel BOLD aktivitetsmønstre for en gitt stimulus, på læring i både kjente og nye sammenhenger. I kjente sammenhenger kan nyttige støykorrelasjoner induseres av top-down-innganger fra den prefrontale cortex som signaliserer relevante oppgavedimensjoner. Dermed vil styrken til støykorrelasjoner i oppgaverelevante dimensjoner forutsi raskere læring om oppgaverelevante funksjoner. På den annen side, i nye sammenhenger når de relevante oppgavedimensjonene er ukjente, kan støykorrelasjoner tvinge gradienter over på oppgaveirrelevante dimensjoner og dermed svekke læring. Derfor kan undertrykking av støykorrelasjoner, som kan oppnås gjennom nevromodulatorisk signalering, fremskynde læring ved å redusere skjevhet tidlig under læring eller etter en endring i den oppgaverelevante stimulansen. På tvers av våre mål utvikler etterforskerne en plan for å teste de mest grunnleggende forutsigelsene av beregningsmodellen vår ved å bruke fMRI for å karakterisere geometrien til støykorrelasjoner og pupillometri som en proxy for nevromodulatorisk signalering hos mennesker. Den planlagte forskningen vil gi den første empiriske testen av hvilken rolle støykorrelasjoner spiller i læring.