Predicting brain activation maps for arbitrary tasks with cognitive encoding models
Notice bibliographique
Résumé
A deep understanding of the neural architecture of mental function should enable the accurate prediction of a specific pattern of brain activity for any psychological task, based only on the cognitive functions known to be engaged by that task. Encoding models (EMs), which predict neural responses from known features (e.g., stimulus properties), have succeeded in circumscribed domains (e.g., visual neuroscience), but implementing domain-general EMs that predict brain-wide activity for arbitrary tasks has been limited mainly by availability of datasets that 1) sufficiently span a large space of psychological functions, and 2) are sufficiently annotated with such functions to allow robust EM specification. We examine the use of EMs based on a formal specification of psychological function, to predict cortical activation patterns across a broad range of tasks. We utilized the Multi-Domain Task Battery, a dataset in which 24 subjects completed 32 ten-minute fMRI scans, switching tasks every 35 s and engaging in 44 total conditions of diverse psychological manipulations. Conditions were annotated by a group of experts using the Cognitive Atlas ontology to identify putatively engaged functions, and region-wise cognitive EMs (CEMs) were fit, for individual subjects, on neocortical responses. We found that CEMs predicted cortical activation maps of held-out tasks with high accuracy, outperforming a permutation-based null model while approaching the noise ceiling of the data, without being driven solely by either cognitive or perceptual-motor features. Hierarchical clustering on the similarity structure of CEM generalization errors revealed relationships amongst psychological functions. Spatial distributions of feature importances systematically overlapped with large-scale resting-state functional networks (RSNs), supporting the hypothesis of functional specialization within RSNs while grounding their function in an interpretable data-driven manner. Our implementation and validation of CEMs provides a proof of principle for the utility of formal ontologies in cognitive neuroscience and motivates the use of CEMs in the further testing of cognitive theories.
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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 | 0,002 | 0,008 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 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) | 0,001 | 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 ».