Probabilistic coding in cortical populations
皮质群体的概率编码
基本信息
- 批准号:9311636
- 负责人:
- 金额:$ 40.26万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2017
- 资助国家:美国
- 起止时间:2017-04-01 至 2022-03-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:Adaptive BehaviorsAffectAfferent NeuronsAnimalsAreaBehaviorBehavioralBrainClassificationCodeComputing MethodologiesDecision MakingDecision ModelingDevelopmentElectrodesElementsEnvironmentEtiologyFogsInfluentialsKnowledgeLaboratoriesLikelihood FunctionsMaximum Likelihood EstimateMeasuresModelingMonkeysNatureNeuronsNeurosciencesNoisePerformancePopulationPositioning AttributePrefrontal CortexPrimatesProbabilityProcessPsychophysicsRoleSensorySpeedStimulusTestingTimeUncertaintyVisualWidthWorkarea striataawakebasebehavioral studybrain machine interfacecomputational neurosciencecomputer based statistical methodsdesignimprovedin vivomulti-electrode arraysneural patterningneurophysiologyrelating to nervous systemsensorsensory cortexsensory inputsensory stimulustheories
项目摘要
PROJECT SUMMARY
One of the most impressive feats the brain performs is its use of information that is rife with uncertainty to
successfully guide behavior. That the world is full of ambiguous stimuli and perceived through noisy sensors is
clear. However, whether and how the brain makes use of this uncertainty is an open and important question.
Behavioral studies using tasks with noisy or ambiguous stimuli suggest that subjects' performance is nearly
optimal. These results strongly suggest that the brain must represent and use information about sensory
uncertainty itself in addition to information about parameters of the stimulus, yet many theories about neural
coding do not account for how such uncertainty could be represented or used. The theory of Probabilistic
Population Coding (PPC) does provide such an account, claiming that populations of neurons encode
estimates of stimulus parameters and uncertainty regarding those estimates simultaneously in the form of a
“likelihood function” over the stimulus. PPCs further provide neurally plausible mechanisms for performing a
number of Bayesian computations, however, this promising theory has never been tested neurophysiologically
at the population level.
To study the mechanisms by which the brain represents and uses sensory uncertainty to guide adaptive
behavior, the current proposal will combine multi-electrode recordings, computational neuroscience and
psychophysics. Specifically, we will study visual decision-making in an orientation classification task, which we
have previously shown that primates perform near optimally and which requires the use of uncertainty
information to achieve optimal performance. In Aim 1, we will test the hypothesis that populations of neurons
jointly encode likelihood functions as predicted by PPC, by recording from V1 while subjects perform the
classification task. In Aim 2, we will test whether a shared encoding of uncertainty information between V1 and
prefrontal cortex (PFC) leads to a functional correlation between these two areas. Through our combination of
in vivo population recordings in awake, behaving primates, the proposed project is strongly positioned to test
the core hypothesis behind PPC and elucidate the mechanisms by which the brain makes possible optimal
behavioral performance in a noisy environment.
项目概要
大脑最令人印象深刻的壮举之一是它使用充满不确定性的信息
成功地引导行为是因为世界充满了模糊的刺激并通过嘈杂的传感器感知。
然而,大脑是否以及如何利用这种不确定性是一个开放且重要的问题。
使用带有噪音或模糊刺激的任务的行为研究表明,受试者的表现几乎与
这些结果强烈表明大脑必须代表和使用有关感觉的信息。
除了有关刺激参数的信息之外,不确定性本身也存在,但许多关于神经元的理论
编码没有考虑如何表示或使用这种不确定性。
群体编码(PPC)确实提供了这样的解释,声称神经元群体编码
刺激参数的估计和关于这些同时估计的不确定性
PPC 的“似然函数”进一步提供了执行某种行为的神经合理机制。
贝叶斯计算的数量,然而,这个有前途的理论从未经过神经生理学的测试
在人口层面。
研究大脑代表和使用感觉不确定性来指导适应性的机制
行为,当前的提案将结合多电极记录、计算神经科学和
具体来说,我们将研究方向分类任务中的视觉决策。
之前已经表明灵长类动物在附近表现最佳,这需要使用不确定性
在目标 1 中,我们将测试神经元群体的假设。
通过在受试者执行以下操作时从 V1 记录,联合编码 PPC 预测的似然函数
在目标 2 中,我们将测试 V1 和 V1 之间是否共享不确定性信息的编码。
通过我们的组合,前额皮质(PFC)导致这两个区域之间的功能相关性。
在清醒、有行为的灵长类动物体内进行群体记录,拟议的项目非常有利于测试
PPC 背后的核心假设,并阐明大脑使之成为可能的机制
嘈杂环境中的行为表现。
项目成果
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