秀丽隐杆线虫趋化运动回路模型中的信息流
神经元与认知
2015-10-15 v1 信息论
math.IT
摘要
理解外部刺激信息如何转化为行为是神经科学的核心目标之一。在此，我们刻画了完整感觉运动回路中的信息流：从刺激、感觉神经元、中间神经元、运动神经元、肌肉到运动。具体而言，我们将最近开发的量化信息流框架应用于先前发表的线虫 C. elegans 盐类趋化运动(klinotaxis)模型集合。这些模型基于该蠕虫的神经解剖学和当前已知的神经生理学。未知模型参数经优化以重现蠕虫的行为。信息流分析揭示了模型运作所依据的若干关键原理：(1) 中间神经元类 AIY 负责整合关于浓度正负变化的信息，并表现出强烈的左右信息不对称性。(2) 间隙连接在传递信息中起关键作用，导致了中间神经元类 AIZ 中观察到的信息对称性。(3) 颈部运动神经元类 SMB 实现了一种信息门控机制，构成了该回路状态依赖响应的基础。(4) 颈部携带关于浓度变化的非均匀分布。因此，并非所有运动方向都具有相同的信息量。上述每一项发现都对应于一个可在蠕虫中检验的实验预测，以极大完善我们对趋化运动神经回路的理解。信息流分析还使我们能够探索信息流与潜在电生理学的关系。尽管个体回路的神经参数存在很大差异，但整个信息流架构在模型集合中却惊人地一致，表明信息流分析捕获了趋化运动回路的通用运作原理。
引用
@article{arxiv.1502.04262,
title = {Information flow through a model of the C. elegans klinotaxis circuit},
author = {Eduardo J. Izquierdo and Paul L. Williams and Randall D. Beer},
journal= {arXiv preprint arXiv:1502.04262},
year = {2015}
}