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Accès ouvert déclaré 2023 article

Effect of sparsity on network stability in random neural networks obeying Dale's law

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Rattachement africain : au. Niveau de preuve : code pays fourni par la source.

Le résumé fourni par la source

This paper examines the relationship between sparse random network architectures and neural network stability by examining the eigenvalue spectral distribution. Specifically, we generalize classical eigenspectral results to sparse (not fully connected) connectivity matrices obeying Dale's law: neurons function as either excitatory (E) or inhibitory (I). By defining $\ensuremath{\alpha}$ as the probability that a neuron is connected to another neuron, we give explicit formulas that show how sparsity interacts with the E-I population statistics to scale key features of the eigenspectrum in both the balanced and unbalanced cases. Our results show that the eigenspectral outlier is linearly scaled by $\ensuremath{\alpha}$, but the eigenspectral radius and density now depend on a nonlinear interaction between $\ensuremath{\alpha}$ and the E-I population means and variances. Contrary to previous results, we demonstrate that a nonuniform eigenspectral density results if any of the E-I population statistics differ, not just the variances. We also find that local eigenvalue outliers are present for sparse random matrices obeying Dale's law, and demonstrate that these eigenvalues can be controlled by a modified zero row-sum constraint for the balanced case, however, they persist in the unbalanced case. We examine all levels of connection sparsity $0\ensuremath{\le}\ensuremath{\alpha}\ensuremath{\le}1$ and distributed E-I population weights to describe a general class of sparse connectivity structures which unifies all the previous results as special cases of our framework. Sparsity and Dale's law are both fundamental anatomical properties of biological neural networks. We generalize their combined effects on the eigenspectrum of random neural networks, thereby gaining insight into network stability, state transitions, and the structure-function relationship.

Ce résumé expose les affirmations des auteurs. BNTIC ne l’interprète pas comme une validation indépendante des résultats.

Le contrôle bibliographique ouvert

DOI retrouvé dans Crossref DOI retrouvé ; titre concordant.

Titre Crossref
Effect of sparsity on network stability in random neural networks obeying Dale's law
Date Crossref
08/11/2023
Éditeur
American Physical Society (APS)
Type
journal-article

Ce recoupement confirme des métadonnées liées au DOI. Il ne confirme ni la méthode ni les conclusions de l’étude, et il ne compte pas comme une seconde source scientifique indépendante.

Les institutions déclarées

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Les sujets associés

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