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November, 25th, 2020
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November, 18, 2020
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Srdjan Ostojic
ENS, Paris
January 22, 2025
Structured Excitatory-Inhibitory Networks: a low-rank approach
Networks of excitatory and inhibitory (EI) neurons form a canonical circuit in the brain. Classical theoretical analyses of dynamics in EI networks have revealed key principles such as EI balance or paradoxical responses to external inputs. These seminal results assume that synaptic strengths depend on the type of neurons they connect but are otherwise statistically independent. However, recent synaptic physiology datasets have uncovered connectivity patterns that deviate significantly from independent connection models. Simultaneously, studies of task-trained recurrent networks have emphasized the role of connectivity structure in implementing neural computations. Despite these findings, integrating detailed connectivity structures into mean-field theories of EI networks remains a substantial challenge. In this talk, I will outline a theoretical approach to understanding dynamics in structured EI networks by employing a low-rank approximation based on an analytical computation of the dominant eigenvalues of the full connectivity matrix. I will illustrate this approach by investigating the effects of pair-wise connectivity motifs on linear dynamics in EI networks. Specifically, I will present recent results demonstrating that an over-representation of chain motifs induces a strong positive eigenvalue in inhibition-dominated networks, generating a potential instability that challenges classical EI balance criteria. Furthermore, by examining the effects of external input, we found that chain motifs can, on their own, induce paradoxical responses, wherein an increased input to inhibitory neurons leads to a counterintuitive decrease in their activity through recurrent feedback mechanisms. Altogether, our theoretical approach opens new avenues for relating recorded connectivity structures with dynamics and computations in biological networks.
A Geometric Approach for the Study of
Functional Connectivity Dynamics
Hadas Benisty
Technion
January 29, 2025
Functional connectivity has been the focus of many research groups aiming to study the interaction between cells and brain regions. A standard method for analyzing connectivity is to statistically compare pairwise interactions between cells or brain regions across behavioral states or conditions. This methodology ignores the intrinsic properties of functional connectivity as a multivariate and dynamic signal, expressing the correlational configuration of the network. In this talk, I will present a geometric approach, combining Graph Theory and Riemannian Geometry to build "a graph of graphs" and extract the latent dynamics of the overall correlational structure. Using this approach, we formulate the statistical relations between network dynamics and spontaneous behavior as a second-order Taylor’s expansion. Our analysis shows that fast fluctuations in functional connectivity of large-scale cortical networks are closely linked to variations in behavioral metrics related to the arousal state. We further expand this methodology to longer time scales to study the effect of dopamine on network dynamics in the primary motor cortex (M1) during learning. We developed a series of analysis methods indicating that as animals learn to perform a motor task, the network of pyramidal neurons in layer 2-3 gradually and monotonically reorganizes toward an "expert" configuration. Our results highlight the critical role of dopamine in driving synaptic plasticity: Blocking dopaminergic neurotransmission locally in M1 prevented motor learning at the behavioral level and concomitantly halted plasticity changes in network activity and in functional connectivity.
Matthew Golub
University of Washington
February 5, 2025
TBA
Lea Duncker
Stanford
February 12, 2025
TBA
Songting Li
Jiao tong University
February 26, 2025
TBA
Yonatan Loewenstein
ELSC, The Hebrew University
March 5, 2025
TBA
Olivier Marre
Institut de la Vision, Paris
March 12, 2025
TBA
Marcelo Rozenberg
Paris-Saclay University
March 19, 2025
TBA
Eve of Cosyne
No Seminar
March 26, 2025
The following day of Cosyne​
No Seminar
April 2, 2025
James DiCarlo
MIT
April 9, 2025
Carl van Vreeswijk Memorial Lecture
​
TBA
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April 16, 2025
No Seminar
TBA
April 23, 2025
TBA
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April 30, 2025
No Seminar
Yohai Bar-Sinai
Tel Aviv University
May 7, 2025
TBA
Tomoki Fukai
Okinawa Institute of Science and Technology
May 14, 2025
TBA
Alexei Koulakov
Cold Spring Harbor Laboratory
May 21, 2025
TBA
Nischal Mainali
May 28, 2025
TBA
Bing Wen Brunton
University of Washington
Seattle
June 4, 2025
TBA
Ulises Pereira Oblinovic
Allen Institute
June 11, 2025
TBA
Riccardo Zecchina
Bocconi University, Milano
June 18, 2025
TBA
Andrew Barto
U. Mass
June 25, 2025
VVTNS Fifth Season Closing Lecture