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Flexible Dimensionality of Representational Spaces in Category Learning

Descripción del proyecto

Los mecanismos neuronales que subyacen a la dimensionalidad flexible

El sistema visual clasifica estímulos aferentes complejos y de alta dimensionalidad para identificar dimensiones relevantes. El aprendizaje multidimensional es complejo, por ello algunas teorías proponen estrategias de compresión o expansión de la dimensionalidad. ¿Cómo decide el cerebro qué estrategia utilizar? Una hipótesis es que el cerebro puede cambiar de forma flexible entre las dos estrategias en función de la tarea, lo que favorece la adaptabilidad de los códigos neuronales. En el proyecto DimLearn, financiado por el Consejo Europeo de Investigación, se analizará cómo afecta la dimensionalidad de las tareas a las representaciones mentales y a la actividad neuronal durante el aprendizaje. La investigación se centrará en el aprendizaje de categorías visuales. Para dilucidar los mecanismos neuronales subyacentes, se emplearán técnicas de neuroimagen en seres humanos, electrofisiología en macacos y, por último, redes neuronales artificiales. Todo ello contribuirá a revelar nuevos principios del aprendizaje e inspirará futuras aplicaciones educativas.

Objetivo

Our visual system frequently has to classify complex, high dimensional inputs. A key learning objective of the brain is thus to identify diagnostic dimensions. Often, tasks require simultaneous consideration of multiple dimensions. Yet, learning many dimensions is computationally challenging. Here, I ask how the visual system tackles the challenge of learning high dimensional tasks. Some theories suggest that the brain does so by compressing dimensions, while others suggest dimensionality expansion. Yet, dimensionality compression and expansion both have advantages and disadvantages, and some studies find dimensionality compression where others find expansion. This raises the hitherto unanswered question what determines whether the brain invokes either of the two strategies. I hypothesize that instead of settling on a single strategy, the brain can reap the benefits of dimensionality compression and expansion by flexibly adjusting dimensionality to the task at hand. This entails the novel prediction of flexible neural codes that can switch dimensionality. To test this theory, I build on a multimodal, multispecies approach I have developed to study learning: using the paradigmatic case of visual category learning, I will establish the effect of task dimensionality on the structure of mental representations in behavior, I will determine how task dimensionality transforms neural activity using neuroimaging in humans, I will identify the neural building blocks of flexible dimensionality using electrophysiology and causal perturbations in rhesus monkeys, and I will unravel computational principles of flexible dimensionality with artificial neural networks. This combination of species and techniques is ideally suited to unravel the neural mechanisms for coping with high dimensional tasks. By elucidating the flexibility of mental and neural representations, I aim to reveal a hitherto unknown principle governing learning and stimulate future educational applications.

Ámbito científico (EuroSciVoc)

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Palabras clave

Programa(s)

Tema(s)

Régimen de financiación

HORIZON-ERC - HORIZON ERC Grants

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Convocatoria de propuestas

(se abrirá en una nueva ventana) ERC-2023-COG

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Institución de acogida

RUHR-UNIVERSITAET BOCHUM
Aportación neta de la UEn
€ 1 136 731,50
Dirección
UNIVERSITAETSSTRASSE 150
44801 Bochum
Alemania
Región
Nordrhein-Westfalen Arnsberg Bochum, Kreisfreie Stadt
Tipo de actividad
Higher or Secondary Education Establishments
Enlaces
Coste total
€ 1 136 731,50

Beneficiarios (2)