Badanie roli korelacji hałasu w uczeniu się

Mózgi ssaków reprezentują informacje za pomocą rozproszonych kodów populacji, które zapewniają szereg korzyści, od solidności po wysoką zdolność reprezentacji. Jednakże w przypadku dalszych neuronów odczytujących takie kody stwarzają poważne problemy z uczeniem się w wielu wymiarach, ponieważ podczas uczenia się należy dostosować bardzo dużą liczbę połączeń synaptycznych w poszukiwaniu odpowiedniego odczytu. W naszej ostatniej pracy teoretycznej postawiliśmy hipotezę, że te wielowymiarowe problemy z uczeniem się można uprościć poprzez odchylenie indukcyjne realizowane poprzez niezależne od bodźca korelacje szumu, które wyrażają stopień, w jakim para neuronów jest współzmienna w swoich fluktuacjach między próbami. Chociaż tradycyjnie korelacje szumu były postrzegane jako ograniczające zdolność reprezentacji, nasza ostatnia praca pokazuje, że jednocześnie ograniczają one naukę czytania. W niektórych biologicznie istotnych przypadkach mogłyby teoretycznie przyspieszyć uczenie się, kształtując geometrię podstawowej przestrzeni neuronowej, aby skupić gradient uczenia się na wymiarach istotnych dla zadania. Jednak ta hipotetyczna rola korelacji szumu w kształtowaniu uczenia się nie została jeszcze przetestowana empirycznie. W tym miejscu badacze opracowują ramy eksperymentalne w celu przetestowania przewidywanej roli korelacji szumu, mierzonej poprzez kowariację we wzorcach aktywności wielowokselowych fMRI BOLD dla danego bodźca, w uczeniu się zarówno w znanych, jak i nowych kontekstach. W znanych kontekstach przydatne korelacje szumu mogą być indukowane przez odgórne sygnały wejściowe z kory przedczołowej, które sygnalizują odpowiednie wymiary zadania. Zatem siła korelacji szumu w wymiarach istotnych dla zadania przewidywałaby szybsze uczenie się cech istotnych dla zadania. Z drugiej strony, w nowych kontekstach, gdy odpowiednie wymiary zadania są nieznane, korelacje szumu mogą narzucać gradienty na wymiary niezwiązane z zadaniem, a tym samym utrudniać uczenie się. Dlatego tłumienie korelacji szumu, które można osiągnąć poprzez sygnalizację neuromodulacyjną, może przyspieszyć uczenie się poprzez zmniejszenie błędu systematycznego na początku uczenia się lub po zmianie bodźca związanego z zadaniem. W ramach naszych celów badacze opracowują plan przetestowania najbardziej podstawowych przewidywań naszego modelu obliczeniowego przy użyciu fMRI do scharakteryzowania geometrii korelacji szumu i pupilometrii jako wskaźnika zastępczego sygnalizacji neuromodulacyjnej u ludzi. Planowane badania będą pierwszym empirycznym testem roli korelacji szumu w uczeniu się.