Combining Sampling Methods with Attractor Dynamics in Spiking Models of Head-Direction Systems
Notice bibliographique
Résumé
Uncertainty is a fundamental aspect of the natural environment, requiring the brain to infer and integrate noisy signals to guide behavior effectively. Sampling-based inference has been proposed as a mechanism for dealing with uncertainty, particularly in early sensory processing. However, it is unclear how to reconcile sampling-based methods with operational principles of higher-order brain areas, such as attractor dynamics of persistent neural representations. In this study, we present a spiking neural network model for the head-direction (HD) system that combines sampling-based inference with attractor dynamics. To achieve this, we derive the required spiking neural network dynamics and interactions to perform sampling from a large family of probability distributions-including variables encoded with Poisson noise. We then propose a method that allows the network to update its estimate of the current head direction by integrating angular velocity samples-derived from noisy inputs-with a pull towards a circular manifold, thereby maintaining consistent attractor dynamics. This model makes specific, testable predictions about the HD system that can be examined in future neurophysiological experiments: it predicts correlated subthreshold voltage fluctuations; distinctive short- and long-term firing correlations among neurons; and characteristic statistics of the movement of the neural activity "bump" representing the head direction. Overall, our approach extends previous theories on probabilistic sampling with spiking neurons, offers a novel perspective on the computations responsible for orientation and navigation, and supports the hypothesis that sampling-based methods can be combined with attractor dynamics to provide a viable framework for studying neural dynamics across the brain.
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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 | 0,004 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,000 | 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 ».