Description du projet
Synchronisation anticipée pour le flux d’informations neuronales en boucle fermée et l’IA inspirée par la nature
Le flux d’informations dans le cerveau implique à la fois une activité en amont et une activité en aval. Par exemple, le cortex sensoriel précoce (CS) reçoit des informations sensorielles de l’environnement et des informations en retour du cortex préfrontal de niveau supérieur (CPF). Les oscillations à basse fréquence sont une caractéristique du couplage. Alors que l’entrée sensorielle et le CPF ont leur propre dynamique temporelle, les modèles actuels suggèrent que le CS précoce se découple de l’entrée sensorielle lorsqu’il reçoit un retour d’information du CPF, ce qui élimine la possibilité d’un traitement multizone. Le projet BACK2FUTURE, financé par le Conseil européen de la recherche, appliquera l’idée de synchronisation anticipée de la théorie des systèmes dynamiques pour permettre un couplage simultané avec les entrées sensorielles et le CPF, et vise à trouver les substrats biophysiques.
Objectif
Our brain processes multitudes of signals based on recurrent network activity involving feedforward and feedback interarea communication. To funnel information efficiently between areas, low-frequency rhythmic neural activity patterns couple to each other. It is an unresolved question how early sensory cortex (SC) can couple efficiently to both feedforward sensory information flow and feedback information flow arriving from higher order regions such as prefrontal cortex (PFC). Since PFC and sensory input lack direct coupling and operate with their own temporal dynamics, SC decouples from the sensory input when PFC couples to SC. It is therefore not possible to achieve efficient multi-area coupling in currently proposed feedback-driven coupling schemes. In search of a mechanism to address this problem I resort to a dynamical systems process called anticipated synchronization (AS). During AS, a receiving system (PFC) sends a copy of its own activity as delayed feedback to itself, allowing this system to - paradoxically - anticipate the dynamics of the driving system (SC). During AS, information from PFC is sent back to SC arriving at the right time in the future, while SC maintains sensory coupling. My goal in the next 5 years is to provide evidence of interarea AS coupling by creating a biophysical model of AS, empirically testing its predictions using ECoG data, psychophysics and EEG. By validating the use of tACS to control coupling, I will experimentally induce AS in a new closed-loop set-up that stimulates PFC with its own delayed activity. The proposed research will settle a critical theoretical debate on temporal coordination of interarea brain communication and will provide the computational basis for the hitherto unexplained excess of local feedback loops in the brain. The findings will inform new closed-loop treatment approaches and can improve biologically-inspired artificial intelligent systems that currently disregard the exact timing of information flow.
Programme(s)
- HORIZON.1.1 - European Research Council (ERC) Main Programme
Thème(s)
Appel à propositions
(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) ERC-2023-STG
Voir d’autres projets de cet appelRégime de financement
HORIZON-ERC - HORIZON ERC GrantsInstitution d’accueil
6200 MD Maastricht
Pays-Bas