Controlling the human connectome with spatially diffuse input signals
Notice bibliographique
Résumé
The human brain is never at "rest"; its activity is constantly fluctuating over time, transitioning from one brain state-a whole-brain pattern of activity-to another. Network control theory offers a framework for understanding the effort - energy - associated with these transitions. One branch of control theory that is especially useful in this context is "optimal control", in which input signals are used to selectively drive the brain into a target state. Typically, these inputs are introduced independently to the nodes of the network (each input signal is associated with exactly one node). Though convenient, this input strategy ignores the continuity of cerebral cortex - geometrically, each region is connected to its spatial neighbors, allowing control signals, both exogenous and endogenous, to spread from their foci to nearby regions. Additionally, the spatial specificity of brain stimulation techniques is limited, such that the effects of a perturbation are measurable in tissue surrounding the stimulation site. Here, we adapt the network control model so that input signals have a spatial extent that decays exponentially from the input site. We show that this more realistic strategy takes advantage of spatial dependencies in structural connectivity and activity to reduce the energy (effort) associated with brain state transitions. We further leverage these dependencies to explore near-optimal control strategies such that, on a per-transition basis, the number of input signals required for a given control task is reduced, in some cases by two orders of magnitude. This approximation yields network-wide maps of input site density, which we compare to an existing database of functional, metabolic, genetic, and neurochemical maps, finding a close correspondence. Ultimately, not only do we propose a more efficient framework that is also more adherent to well-established brain organizational principles, but we also posit neurobiologically grounded bases for optimal control.
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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 | 0,000 | 0,002 |
| 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 | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,000 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 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 ».