小鼠听觉皮层中自发性相关活动的稳定性

神经系统可建模为功能连接神经单元的网络。由此得到的网络可利用网络科学与图论的数学工具进行分析，以量化系统的拓扑组织并更好地理解其功能。尽管基于网络的方法常见于非侵入性神经成像所探测的大尺度神经系统的分析，但极少有研究使用网络科学来研究在细胞水平上重建的网络的组织，因此许多非常基本和根本的问题仍悬而未决。在此，我们使用双光子钙成像在数周时间内记录小鼠听觉皮层同一组细胞的自发活动。我们重建功能网络，其中细胞通过按其荧光轨迹相关性加权的边相互连接。我们表明，这些网络在多个拓扑尺度上表现出模块结构，并且这些多尺度模块作为层级的一部分展开。我们还表明，平均而言，网络架构随时间变得越来越不相似，其相似性随会话间（时间上）距离的增加而单调衰减。最后，我们表明一小部分细胞在多个天内保持强相关活动，形成一个稳定的时间核心，周围是波动且可变的外围。我们的工作为未来使用受网络科学显式图模型启发的尖端计算方法和机器学习算法研究双光子钙成像测量的自发活动提供了细致的方法学蓝图。这些方法易于扩展到其他数据集，为研究神经系统的细胞水平网络组织以及该组织如何受刺激调制或在疾病模型中改变开辟了可能。