Constructing functional models from biophysically-detailed neurons
Notice bibliographique
Résumé
Improving biological plausibility and functional capacity are two important goals for brain models that connect low-level neural details to high-level behavioral phenomena. We develop a method called "oracle-supervised Neural Engineering Framework" (osNEF) to train biologically-detailed spiking neural networks that realize a variety of cognitively-relevant dynamical systems. Specifically, we train networks to perform computations that are commonly found in cognitive systems (communication, multiplication, harmonic oscillation, and gated working memory) using four distinct neuron models (leaky-integrate-and-fire neurons, Izhikevich neurons, 4-dimensional nonlinear point neurons, and 4-compartment, 6-ion-channel layer-V pyramidal cell reconstructions) connected with various synaptic models (current-based synapses, conductance-based synapses, and voltage-gated synapses). We show that osNEF networks exhibit the target dynamics by accounting for nonlinearities present within the neuron models: performance is comparable across all four systems and all four neuron models, with variance proportional to task and neuron model complexity. We also apply osNEF to build a model of working memory that performs a delayed response task using a combination of pyramidal cells and inhibitory interneurons connected with NMDA and GABA synapses. The baseline performance and forgetting rate of the model are consistent with animal data from delayed match-to-sample tasks (DMTST): we observe a baseline performance of 95% and exponential forgetting with time constant τ = 8.5s, while a recent meta-analysis of DMTST performance across species observed baseline performances of 58 - 99% and exponential forgetting with time constants of τ = 2.4 - 71s. These results demonstrate that osNEF can train functional brain models using biologically-detailed components and open new avenues for investigating the relationship between biophysical mechanisms and functional capabilities.
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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 | 0,002 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,001 |
| 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 | 0,000 | 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 ».