存在神经相互作用时间尺度下的突触结构推断

生物网络展现出多样的活动模式，反映了其在空间和时间上均复杂的相互作用网络。然而，推断方法主要侧重于从网络活动中重构空间结构，通常假设平衡条件或近期采用的具有单一任意时间步长的概率动力学。在此我们表明，在后一种假设下，当所选的相互作用时间尺度与突触延迟不紧密匹配，或无法识别出单一的相互作用时间尺度时，推断过程无法重构 integrate-and-fire 神经元网络的突触矩阵；此外，这种失败暴露了推断方法的一种独特偏差，可能导致将具有长于模型时间步长的相互作用时间尺度的兴奋性突触错误推断为抑制性突触。因此，我们引入了一种新的两步法：首先通过互相关剖面推断网络的延迟结构，然后重构突触矩阵，并在具有不同拓扑结构和不同活动机制的网络上成功测试了该方法。虽然第一步能够准确恢复网络的延迟结构，从而摆脱对相互作用时间尺度的任何先验猜测，但该推断方法仍引入了一个任意时间尺度，即用于二值化脉冲序列的时间箱 $dt$。因此，我们通过解析和数值方法研究了 $dt$ 的选择如何影响我们网络模型中的推断，发现推断耦合与真实突触效能之间的关系在两种情况下均为二次型，但 critically 依赖于 $dt$ 的仅是兴奋性突触，而抑制性突触则基本与其无关。