从测量数据揭示皮层神经元网络的有向有效连接
神经元与认知
2022-05-04 v1 生物物理
摘要
在生物网络研究中，主要挑战之一是理解网络结构与时动态之间的关系。本文将体外皮层神经元培养物建模为随机动力系统，并应用一种从动力学重构有向网络的方法 [Ching and Tam, Phys. Rev. E 95, 010301(R), 2017]，从多电极阵列记录的电压测量中揭示培养神经元的有向有效连接，即有向连接与突触权重。所得有效连接再现了大鼠和猴子皮层区域的若干特征，并具有与线虫 C. elegans 突触网络相似的网络性质，后者是迄今唯一整个神经系统被完整绘制的生物。入度分布呈双峰，平均入和出突触强度的分布为非高斯长尾分布。有效连接捕获了与通常研究的功能连接（利用放电活动间统计相关性估计）不同的信息。在估计的有效连接中，兴奋性入和出连接的平均突触强度随放电活动增加，而在使用相同电压测量估计的功能连接中则不然。这些结果表明，重构的有效连接能够捕获突触连接的一般性质，并更好地揭示网络结构与时动态之间的关系。
引用
@article{arxiv.2204.02731,
title = {Revealing directed effective connectivity of cortical neuronal networks from measurements},
author = {Chumin Sun and K. C. Lin and C. Y. Yeung and Emily S. C. Ching and Yu-Ting Huang and Pik-Yin Lai and C. K. Chan},
journal= {arXiv preprint arXiv:2204.02731},
year = {2022}
}