秀丽隐杆线虫中的非线性控制
神经元与认知
2020-02-05 v2 动力系统
生物物理
摘要
近期对线虫 C. elegans 的全脑钙成像记录表明，神经活动主要由低维流形上的动力学主导，这些动力学可根据行为状态进行聚类。尽管在用线性或局部线性模型对动力学建模方面取得了进展，但单个神经元网络如何产生所观察到的特征仍不清楚。特别是，数据中观察到多个簇或不动点，无法用单一线性模型刻画。我们提出了一种全局的非线性控制模型，仅由四个自由参数参数化，这些参数与低维 C. elegans 神经活动所展现的特征相匹配。除了再现数据的平均概率分布外，转移统计的长时间和短时间尺度变化可通过单一参数的变化来刻画。其中一些宏观尺度转移在实验上对应于似乎充当生物控制的单一神经调质，使得该模型能够就这些神经调质对全局动力学的影响产生可检验的假设。该理论为 C. elegans 神经元群体动力学提供了优雅的刻画。此外，非线性控制框架的数学结构提供了一种可推广到具有任意数量行为状态的更复杂系统的范式。
引用
@article{arxiv.2001.08332,
title = {Nonlinear control in the nematode C. elegans},
author = {Megan Morrison and Charles Fieseler and J. Nathan Kutz},
journal= {arXiv preprint arXiv:2001.08332},
year = {2020}
}