Models of Acetylcholine and Dopamine Signals Differentially Improve Neural Representations
Notice bibliographique
Résumé
Biological and artificial neural networks (ANNs) represent input signals as patterns of neural activity. In biology, neuromodulators can trigger important reorganizations of these neural representations. For instance, pairing a stimulus with the release of either acetylcholine (ACh) or dopamine (DA) evokes long lasting increases in the responses of neurons to the paired stimulus. The functional roles of ACh and DA in rearranging representations remain largely unknown. Here, we address this question using a Hebbian-learning neural network model. Our aim is both to gain a functional understanding of ACh and DA transmission in shaping biological representations and to explore neuromodulator-inspired learning rules for ANNs. We model the effects of ACh and DA on synaptic plasticity and confirm that stimuli coinciding with greater neuromodulator activation are over represented in the network. We then simulate the physiological release schedules of ACh and DA. We measure the impact of neuromodulator release on the network's representation and on its performance on a classification task. We find that ACh and DA trigger distinct changes in neural representations that both improve performance. The putative ACh signal redistributes neural preferences so that more neurons encode stimulus classes that are challenging for the network. The putative DA signal adapts synaptic weights so that they better match the classes of the task at hand. Our model thus offers a functional explanation for the effects of ACh and DA on cortical representations. Additionally, our learning algorithm yields performances comparable to those of state-of-the-art optimisation methods in multi-layer perceptrons while requiring weaker supervision signals and interacting with synaptically-local weight updates.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,003 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».