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Enregistrement W3203035253 · doi:10.1101/2021.10.04.463077

CNN MouseNet: A biologically constrained convolutional neural network model for mouse visual cortex

2021· preprint· en· W3203035253 sur OpenAlexaff
Jianghong Shi, Bryan Tripp, Eric Shea‐Brown, Ştefan Mihalaş, Michael A. Buice

Notice bibliographique

RevuebioRxiv (Cold Spring Harbor Laboratory) · 2021
Typepreprint
Langueen
DomaineNeuroscience
ThématiqueNeural dynamics and brain function
Établissements canadiensUniversity of Waterloo
Organismes subventionnairesNational Institute of Biomedical Imaging and BioengineeringNational Institute of Neurological Disorders and StrokeNational Institutes of Health
Mots-clésVisual cortexComputer scienceArtificial intelligenceConvolutional neural networkPattern recognition (psychology)Artificial neural networkConnectomeCognitive neuroscience of visual object recognitionNeuroscienceObject (grammar)BiologyFunctional connectivity

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Abstract Convolutional neural networks trained on object recognition derive inspiration from the neural architecture of the visual system in primates, and have been used as models of the feedforward computation performed in the primate ventral stream. In contrast to the deep hierarchical organization of primates, the visual system of the mouse has a shallower arrangement. Since mice and primates are both capable of visually guided behavior, this raises questions about the role of architecture in neural computation. In this work, we introduce a novel framework for building a biologically constrained convolutional neural network model of the mouse visual cortex. The architecture and structural parameters of the network are derived from experimental measurements, specifically the 100-micrometer resolution interareal connectome, the estimates of numbers of neurons in each area and cortical layer, and the statistics of connections between cortical layers. This network is constructed to support detailed task-optimized models of mouse visual cortex, with neural populations that can be compared to specific corresponding populations in the mouse brain. Using a well-studied image classification task as our working example, we demonstrate the computational capability of this mouse-sized network. Given its relatively small size, MouseNet achieves roughly 2/3rds the performance level on ImageNet as VGG16. In combination with the large scale Allen Brain Observatory Visual Coding dataset, we use representational similarity analysis to quantify the extent to which MouseNet recapitulates the neural representation in mouse visual cortex. Importantly, we provide evidence that optimizing for task performance does not improve similarity to the corresponding biological system beyond a certain point. We demonstrate that the distributions of some physiological quantities are closer to the observed distributions in the mouse brain after task training. We encourage the use of the MouseNet architecture by making the code freely available. Author summary Task-driven deep neural networks have shown great potential in predicting functional responses of biological neurons. Nevertheless, they are not precise biological analogues, raising questions about how they should be interpreted. Here, we build new deep neural network models of the mouse visual cortex (MouseNet) that are biologically constrained in detail, not only in terms of the basic structure of their connectivity, but also in terms of the count and hence density of neurons within each area, and the spatial extent of their projections. Equipped with the MouseNet model, we can address key questions about mesoscale brain architecture and its role in task learning and performance.We ask, and provide a first set of answers, to: What is the performance of a mouse brain-sized – and mouse brain-structured – model on benchmark image classification tasks? How does the training of a network on this task affect the functional properties of specified layers within the biologically constrained architecture – both overall, and in comparison with recorded function of mouse neurons? We anticipate much future work on allied questions, and the development of more sophisticated models in both mouse and other species, based on the freely available MouseNet model and code which we develop and provide here.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni 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.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,000
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,012
Score d'incertitude au seuil0,024

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0000,000
Science ouverte0,0010,000
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0020,000

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.

Tête enseignante Opus0,031
Tête enseignante GPT0,244
Écart entre enseignants0,213 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_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 découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations0
Publié2021
Routes d'admission1
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