NCS-FO: Collaborative Research: A Mechanistic Model of Cognitive Control
NCS-FO: Collaborative Research: A Mechanistic Model of Cognitive Control
批准号:
1631112
负责人:
Fabio Pasqualetti
金额:
$21.01万
依托单位国家:
美国
项目类别:
Standard Grant
财政年份:
2016
资助国家:
美国
项目状态:
已结题
起止时间:
2016-08-01 至 2020-07-31
中文摘要
认知控制是引导我们的思想和行为与我们的内在意图保持一致的能力。它使我们能够做出正确的决定,平衡各种选择,选择适当的行为,并抑制不适当的行为。然而,我们对认知控制如何在大脑中发挥作用的理解严重不足。这项提案中概述的研究将通过开发和验证一个机械模型来解释使认知控制成为可能的基本原则,从而解决这一突出问题。这一问题具有迫切的国家利益和临床意义:更好地了解大脑结构如何引起认知控制,可能对于开发许多认知控制缺陷的神经精神障碍的早期和更有效的治疗方法至关重要。此外,该项目将为神经科学、网络理论、数据科学和数学领域的本科生和研究生创造新的研究机会。研究人员将把这项研究整合到本科生和研究生的教学活动中,为宾夕法尼亚大学和加州大学河滨分校的学生提供一座强大的理论和实验应用之间的桥梁。这两所大学是美国种族差异最大的研究密集型机构之一。调查人员还将把这些材料纳入广泛的社区和教育推广工作中,此外,还将把这些知识转化为精神健康诊所。在这项研究项目中,研究人员试图开发、验证和测试认知控制的机械理论。他们假设,认知功能的调节是由网络层面的控制过程驱动的,类似于技术、网络物理和社会系统中使用的控制过程。他们的方法以网络控制理论为基础,这是控制和动力系统的一个相对较新的分支学科。与图论的描述性统计不同,网络控制理论提供了一个原则性的数学建模框架,以向网络系统注入能量,从而导致系统动态的可预测变化。传统上应用于机械和技术系统,该领域建立在结构可控性的概念基础上,以提出关于控制任务的难度以及如何在有限的时间内在有限的能源资源下设计现实的控制策略的具体问题。这项工作将(I)发展基于神经成像数据的认知控制网络理论,(Ii)使用数据信息计算模型验证基于网络的认知控制理论,(Iii)定义网络结构如何影响正在接受认知训练的成年人的认知控制表现的个体差异,以及(Iv)发布一个公开可用的网络可控性分析工具箱。这些理论和工具是认知控制的真正集成和跨学科方法的结果,这种方法将工程学和数据科学与神经科学中的经验方法相结合。
英文摘要
Cognitive control is the ability to guide our thoughts and actions in accord with our internal intentions. It enables us to make good decisions, balance options, choose appropriate behaviors and inhibit inappropriate behaviors. Yet our understanding of how cognitive control works in the brain is critically lacking. The research outlined in this proposal will address this outstanding problem by developing and validating a mechanistic model to explain the fundamental principles enabling cognitive control. This problem is of urgent national interest and clinical relevance: greater understanding of how brain structure gives rise to cognitive control may be critical for the development of earlier and more effective treatments of the many neuropsychiatric disorders where cognitive control deficits are present. In addition, this project will create new research opportunities for undergraduate and graduate students in neuroscience, network theory, data sciences, and mathematics. The investigators will integrate the research into undergraduate and graduate teaching activities, providing a powerful bridge between theoretical and experimental applications for students at the University of Pennsylvania and the University of California at Riverside, one of America's most ethnically diverse research-intensive institutions. The investigators will also incorporate this material in extensive community and educational outreach efforts, in addition to translating this knowledge to mental health clinics. In this research project, the investigators seek to develop, validate, and test a mechanistic theory of cognitive control. They postulate that the regulation of cognitive function is driven by a network-level control process akin to those utilized in technological, cyberphysical, and social systems. Their approach is grounded in network control theory, a relatively new subdiscipline of control and dynamical systems. In contrast to the descriptive statistics of graph theory, network control theory offers a principled mathematical modeling framework to inject energy into a networked system leading to a predictable alteration in the system's dynamics. Traditionally applied to mechanical and technological systems, this field builds on notions of structural controllability to ask specific questions about the difficulty of the control task and how to design realistic control strategies in finite time, with limited energy resources. The work will (i) develop a network-based theory of cognitive control informed by neuroimaging data, (ii) validate a network-based theory of cognitive control using data-informed computational models, (iii) define how network structure impacts individual differences in cognitive control performance in adults undergoing cognitive training, and (iv) release a publicly available toolbox for network controllability analysis. These theories and tools are the result of a truly integrated and cross-disciplinary approach to cognitive control, which blends the engineering and data sciences with empirical methodologies in neuroscience.
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DOI:
10.1016/j.celrep.2019.08.008
发表时间:
2019-09-03
期刊:
CELL REPORTS
影响因子:
8.8
作者:
[Stiso, Jennifer, Khambhati, Ankit N., Bassett, Danielle S.]
通讯作者:
Bassett, Danielle S.
DOI:
10.23919/acc.2019.8814837
发表时间:
2019-07
期刊:
2019 American Control Conference (ACC)
影响因子:
--
作者:
[Tommaso Menara;Giacomo Baggio;D. Bassett;F. Pasqualetti]
通讯作者:
Tommaso Menara;Giacomo Baggio;D. Bassett;F. Pasqualetti
DOI:
10.1109/tac.2018.2881112
发表时间:
2019-09-01
期刊:
IEEE TRANSACTIONS ON AUTOMATIC CONTROL
影响因子:
6.8
作者:
[Menara, Tommaso, Bassett, Danielle S., Pasqualetti, Fabio]
通讯作者:
Pasqualetti, Fabio
Synchronization Patterns in Networks of Kuramoto Oscillators: A Geometric Approach for Analysis and Control
Kuramoto 振荡器网络中的同步模式:分析和控制的几何方法
DOI:
--
发表时间:
2017
期刊:
IEEE Conference on Decision and Control
影响因子:
--
作者:
[Tiberi, L, Favaretto, C, Innocenti, M, Bassett, Danielle S, Pasqualetti, F]
通讯作者:
Pasqualetti, F
DOI:
10.1109/tac.2020.3018615
发表时间:
2018-05
期刊:
IEEE Transactions on Automatic Control
影响因子:
6.8
作者:
[Vaibhav Katewa;F. Pasqualetti]
通讯作者:
Vaibhav Katewa;F. Pasqualetti
共 17 条
Collaborative Research: Analysis and Control of Nonlinear Oscillatory Networks for the Design of Novel Cortical Stimulation Strategies
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批准号:2308639
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项目类别:Standard Grant
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资助金额:$30.0万
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财政年份:2023
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负责人:Fabio Pasqualetti
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依托单位:
NCS-FO: Collaborative Research: Analysis, prediction, and control of synchronized neural activity
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批准号:1926829
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项目类别:Standard Grant
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资助金额:$49.95万
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财政年份:2019
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负责人:Fabio Pasqualetti
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依托单位:
CRCNS: Collaborative Research: Mapping and Control of Large-Scale Neural Dynamics
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批准号:1430279
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项目类别:Standard Grant
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资助金额:$34.39万
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财政年份:2014
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负责人:Fabio Pasqualetti
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依托单位:
Control-Theoretic Defense Strategies for Cyber-Physical Systems
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批准号:1405330
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项目类别:Standard Grant
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资助金额:$38.64万
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财政年份:2014
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负责人:Fabio Pasqualetti
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依托单位:
国内基金
海外基金
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影像分型预测HAIC-FO优势肝癌人群及影
像基因组学的研究
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批准号:
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项目类别:省市级项目
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资助金额:10.0万元
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批准年份:2025
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负责人:陈奇峰
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依托单位:
ATP合酶Fo基团在酸性环境的生理活性及其作用机制
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批准号:
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项目类别:省市级项目
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资助金额:15.0万元
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批准年份:2024
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负责人:孙益嵘
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依托单位:
烟曲霉F1Fo-ATP合成酶β亚基在侵袭性曲霉病发生中的作用及机制研究
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批准号:82304035
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:30万元
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批准年份:2023
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负责人:杨欣雨
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依托单位:
GRACE-FO高精度姿态数据处理及其对时变重力场影响的研究
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批准号:--
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:30万元
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批准年份:2022
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负责人:梁磊
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依托单位:
白念珠菌F1Fo-ATP合酶中创新药靶的识别与确认研究
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批准号:--
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项目类别:面上项目
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资助金额:52万元
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批准年份:2022
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负责人:张宏
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依托单位:
ATP合酶FO亚基参与调控弓形虫ATP合成的分子机制
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批准号:32202832
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:30万元
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批准年份:2022
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负责人:宋星桔
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依托单位:
顾及GRACE-FO极轨特性的高分辨率Mascon时变重力场建模理论与方法
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批准号:--
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项目类别:面上项目
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资助金额:59万元
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批准年份:2021
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负责人:陈秋杰
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依托单位:
GRACE-FO微波测距系统原始数据处理、噪声分析与评估
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批准号:--
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项目类别:面上项目
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资助金额:58万元
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批准年份:2021
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负责人:王长青
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依托单位:
利用GRACE-FO和中国重力卫星协同探测时变重力场和质量分布变化
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批准号:42061134010
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项目类别:国际(地区)合作与交流项目
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资助金额:--
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批准年份:2020
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负责人:冯伟
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依托单位:
联合GRACE/GRACE-FO和GNSS形变数据反演连续精细的区域地表质量变化
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批准号:41974015
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项目类别:面上项目
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资助金额:63.0万元
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批准年份:2019
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负责人:钟波
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依托单位: