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A Predictive Coding Perspective of Brain Dynamics: the case of Oscillatory Travelling Waves

Descrizione del progetto

Creare modelli delle oscillazioni cerebrali

Il cervello umano è una complessa rete di neuroni la cui interazione determina un’attività su scala spazio-temporale. La rete cerebrale è anche dinamica, con una capacità unica di mantenere simultaneamente ricordi ed elaborazioni attive. Uno dei meccanismi chiave del funzionamento del cervello è la propagazione delle onde oscillatorie ad altre aree cerebrali. Finanziato dal Consiglio europeo della ricerca, il progetto OSCI-PRED utilizzerà un approccio computazionale basato sulla codifica predittiva per creare modelli delle dinamiche neurali all’interno e tra le regioni corticali. Il lavoro farà luce sul meccanismo con cui le onde oscillatorie contribuiscono alle funzioni sensoriali e cognitive.

Obiettivo

One of the most exciting yet puzzling questions in Neuroscience is how the brain coordinates the activity between different areas, integrating distinct representations into conscious percepts and thoughts. For decades neuroscientists have investigated how the brain orchestrates diverse regions activity, pointing at oscillations as one of the key mechanisms involved in such a process. However, previous research has mainly focused on the temporal aspect of oscillatory dynamics, largely overlooking how oscillations propagate through the brain. Although rhythmic traveling waves have recently gained renewed interest, their functional role and relation to cognitive functions remain largely unknown. In this project, I will address this fundamental question: what is the role of oscillatory traveling waves in brain dynamics? I plan to take on this challenge using a multi-scale computational approach, modeling neural dynamics within and between cortical regions, as well as cortical-thalamic interactions. Importantly, the novelty of this approach consists in framing the model in the light of Predictive Coding principles, to test the compelling yet striking hypothesis that traveling waves encode Predictions and Prediction-Errors. The results of the simulations will be compared against experimental recordings in human participants to validate and assess the models predictions. Lastly, some implementations will turn into deep learning architectures, to test their dynamics in visual tasks while improving current models of artificial vision. All in all, this proposal can significantly advance our understanding of the neurophysiological mechanisms involved in sensory and cognitive functions, testing whether and how oscillatory traveling waves are a critical mechanism in neural dynamics, and producing fundamental results in the scientific field and future technological applications.

Campo scientifico (EuroSciVoc)

Parole chiave

Programma(i)

Argomento(i)

Meccanismo di finanziamento

HORIZON-ERC - HORIZON ERC Grants

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Invito a presentare proposte

(si apre in una nuova finestra) ERC-2022-STG

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Istituzione ospitante

CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE CNRS
Contributo netto dell'UE
€ 1 427 563,00
Indirizzo
RUE MICHEL ANGE 3
75794 Paris
Francia
Regione
Ile-de-France Ile-de-France Paris
Tipo di attività
Research Organisations
Collegamenti
Costo totale
€ 1 427 563,00

Beneficiari (1)