Learning function from structure in neuromorphic networks
Notice bibliographique
Résumé
Abstract The connection patterns of neural circuits in the brain form a complex network. Collective signaling within the network manifests as patterned neural activity, and is thought to support human cognition and adaptive behavior. Recent technological advances permit macro-scale reconstructions of biological brain networks. These maps, termed connectomes, display multiple non-random architectural features, including heavy-tailed degree distributions, segregated communities and a densely interconnected core. Yet, how computation and functional specialization emerge from network architecture remains unknown. Here we reconstruct human brain connectomes using in vivo diffusion-weighted imaging, and use reservoir computing to implement these connectomes as artificial neural networks. We then train these neuromorphic networks to learn a cognitive task. We show that biologically realistic neural architectures perform optimally when they display critical dynamics. We find that performance is driven by network topology, and that the modular organization of large-scale functional systems is computationally relevant. Throughout, we observe a prominent interaction between network structure and dynamics, such that the same underlying architecture can support a wide range of learning capacities across dynamical regimes. This work opens new opportunities to discover how the network organization of the brain optimizes cognitive capacity, conceptually bridging neuroscience and artificial intelligence.
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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 | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,003 |
| 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 ».