使用整个脑神经活动测量 C. elegans 的计算量

生物系统中发现的许多动力学系统， ranging 从基因电路到人脑再到人类社会系统，都是本质上是计算性的。尽管广泛的研究探索了它们的结果功能和行为，但 underlying 的计算往往仍难以把握。甚至基本的任务——量化动力学系统所执行的 \textit{计算量}——仍在不足的研究中。本研究通过引入一个新框架来估计任意物理系统基于其动力学经验时间序列所实现的计算量。该框架通过构建该动力学的统计重构，然后将计算量定义为该重构的复杂度和忠实度之间的关系来工作。我们通过展示该框架适当地区分不同 Lorenz 动力学情景以及各种细胞自动机计算类的相对计算量来验证该框架。随后我们将该框架应用于 \textit{Caenorhabditis elegans} 的神经活动，该活动通过钙成像捕获。通过分析来自钙指示剂 GCaMP 的荧光强度获取的神经时间序列数据，我们发现自由行走和静止虫体的神经动力学分别需要高和低的计算量。我们的分析进一步阐明了当系统处于各种运动状态时的计算量。总之，我们的研究细化了从时间序列数据中定义计算量的做法，并突显了在简单生物体中跨越不同行为状态的神经计算。