与精神病相关的感官-关联性时空层级结构及功能梯度正则化的循环神经网络
神经元与认知
2025-11-06 v1 机器学习
摘要
人类皮层在最高层沿连续的感官-关联性 (AS) 层级功能组织。本研究比较了精神分裂症患者与对照组的 AS 层级特征。使用 N=355 的大型 fMRI 数据集，我们通过脑连接谱分析提取个体 AS 梯度，通过梯度扩散量化层级专门化，并将其与连接几何学相关联。我们发现，精神分裂症压缩了 AS 层级，表明功能分化减少。通过 Ornstein-Uhlenbeck 过程建模神经时间尺度，我们观察到在梯度极端位置最具专门化、局部一致的区域显示较长的时间常数，这一效应在精神分裂症中被削弱。为研究计算，我们使用梯度对特定主体的循环神经网络 (RNN) 进行正则化，训练于工作记忆任务。拥有更大梯度扩散的网络学习更有效，收敛时损失更低，保持更强的 AS 层级几何对齐。固定点线性化显示，高范围网络在记忆延迟期间进入更稳定的神经状态，表现为更低的能量和更小的最大雅可比特征值。该梯度正则化 RNN 框架因此将大尺度皮层结构与固定点稳定性联系起来，为梯度去分化如何 destabilise 神经计算在精神分裂症中提供了机制性解释，同时得到经验时间尺度平坦化和模型中不稳定固定点的证据的一致支持。
引用
@article{arxiv.2511.02722,
title = {Association-sensory spatiotemporal hierarchy and functional gradient-regularised recurrent neural network with implications for schizophrenia},
author = {Subati Abulikemu and Puria Radmard and Michail Mamalakis and John Suckling},
journal= {arXiv preprint arXiv:2511.02722},
year = {2025}
}
备注
34 pages, 9 figures