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Flexible Dimensionality of Representational Spaces in Category Learning

Descrizione del progetto

I meccanismi neurali alla base della dimensionalità flessibile

Il sistema visivo classifica input complessi e a elevata dimensionalità con l’obiettivo di identificare le dimensioni chiave. L’apprendimento in molte dimensioni è impegnativo e le teorie propongono come strategie la compressione o l’espansione della dimensionalità: come fa il cervello a decidere quale utilizzare? Un’ipotesi suggerisce che il cervello passerebbe in modo flessibile da una strategia all’altra in base al compito, consentendo di adattare i codici neurali. Il progetto DimLearn, finanziato dal CER, si propone di studiare il modo in cui la dimensionalità del compito influenza le rappresentazioni mentali e l’attività neurale nell’apprendimento. Concentrando l’attenzione sull’apprendimento delle categorie visive, il progetto utilizzerà la neuroimmagine negli esseri umani, l’elettrofisiologia nelle scimmie rhesus e le reti neurali artificiali al fine di svelare i meccanismi neurali alla base della dimensionalità flessibile, nell’ambito di una ricerca che rivelerà nuovi principi di apprendimento e ispirerà future applicazioni educative.

Obiettivo

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.

Campo scientifico (EuroSciVoc)

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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-2023-COG

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Istituzione ospitante

RUHR-UNIVERSITAET BOCHUM
Contributo netto dell'UE
€ 1 136 731,50
Indirizzo
UNIVERSITAETSSTRASSE 150
44801 Bochum
Germania
Regione
Nordrhein-Westfalen Arnsberg Bochum, Kreisfreie Stadt
Tipo di attività
Higher or Secondary Education Establishments
Collegamenti
Costo totale
€ 1 136 731,50

Beneficiari (2)