Hebbian Learning in a Random Network Captures Selectivity Properties of the Prefrontal Cortex
Notice bibliographique
Résumé
Complex cognitive behaviors, such as context-switching and rule-following, are thought to be supported by the prefrontal cortex (PFC). Neural activity in the PFC must thus be specialized to specific tasks while retaining flexibility. Nonlinear “mixed” selectivity is an important neurophysiological trait for enabling complex and context-dependent behaviors. Here we investigate (1) the extent to which the PFC exhibits computationally relevant properties, such as mixed selectivity, and (2) how such properties could arise via circuit mechanisms. We show that PFC cells recorded from male and female rhesus macaques during a complex task show a moderate level of specialization and structure that is not replicated by a model wherein cells receive random feedforward inputs. While random connectivity can be effective at generating mixed selectivity, the data show significantly more mixed selectivity than predicted by a model with otherwise matched parameters. A simple Hebbian learning rule applied to the random connectivity, however, increases mixed selectivity and enables the model to match the data more accurately. To explain how learning achieves this, we provide analysis along with a clear geometric interpretation of the impact of learning on selectivity. After learning, the model also matches the data on measures of noise, response density, clustering, and the distribution of selectivities. Of two styles of Hebbian learning tested, the simpler and more biologically plausible option better matches the data. These modeling results provide clues about how neural properties important for cognition can arise in a circuit and make clear experimental predictions regarding how various measures of selectivity would evolve during animal training. SIGNIFICANCE STATEMENT The prefrontal cortex is a brain region believed to support the ability of animals to engage in complex behavior. How neurons in this area respond to stimuli—and in particular, to combinations of stimuli (“mixed selectivity”)—is a topic of interest. Even though models with random feedforward connectivity are capable of creating computationally relevant mixed selectivity, such a model does not match the levels of mixed selectivity seen in the data analyzed in this study. Adding simple Hebbian learning to the model increases mixed selectivity to the correct level and makes the model match the data on several other relevant measures. This study thus offers predictions on how mixed selectivity and other properties evolve with training.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,003 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 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 tête enseignante, 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 ».