基于短时间尺度依赖可塑性的神经场理论中活动依赖的拓扑图发育分析

拓扑图是一种连接突触前与突触后脑区的脑结构。拓扑发育依赖于基于 Hebbian 的可塑性机制与突触前区域产生的自发神经活动模式协同作用。在小鼠中进行的研究表明，这些自发模式可表现出现有模型无法纳入的复杂时空结构。由于脑区之间连接的密集性，神经场理论是拓扑系统的合适建模范式，并且可辅以足够通用的可塑性规则以捕捉复杂时变结构。我们提出了一个理论框架，用于研究在从突触前前向馈送至突触后的复杂时空活动背景下的拓扑发育。模型分析得出了解析解，证实了活动可驱动拓扑投射精细化的结论。分析还表明，生物噪声在拓扑发育中被用于稳定动力学。我们使用 MCMC 模拟来分析并理解小鼠野生型与 $\beta2$ 敲除突变体之间拓扑精细化的差异。在此背景下，突触可塑性窗口的时间尺度估计为 $0.56$ 秒，模型拟合优度为 $R^2 = 0.81$。