小鼠脑神经元活动的准普适标度律源于失稳边缘临界动力学

大脑处于持续的回响神经活动状态，即使在无特定任务或刺激时亦然。阐明此种动力学状态的起源与功能意义，对理解大脑如何传输、处理与存储信息至关重要。一个引人深思但颇具争议的猜想提出，经验观测到的神经元活动的某些统计特征可通过假设脑网络在相变附近的动力学区间内运作来理解。此外，由此产生的临界行为及其伴随的标度不变性，被假定具有关键的功能优势。在此，我们基于小鼠脑多个区域数千个单个神经元活动的同步高通量记录，提出一项数据驱动分析。为分析这些数据，我们协同结合研究脑活动的前沿方法（如唯象重整化群方法及推断神经群体一般动力学状态的技术），同时设计互补工具。该策略使我们能够揭示跨脑区“准普适”的标度不变性强特征，并揭示所有这些区域都在不同程度上运作于失稳边缘附近。此外，该框架使我们能区分准普适背景活动与非普适输入相关活动。综上，本研究提供有力证据，表明脑网络确实在临界区间内运作，该区间除其他功能优势外，还为它们提供了可支撑最优输入表示的标度不变活动协方差基底。