振荡在网格细胞环面拓扑中的作用

应用于内侧内嗅皮层网格细胞活动的持久同调表明，该活动位于环面流形上。通过分析真实数据和一个简单模型，我们表明神经振荡在这种环面拓扑的出现中起着关键作用。为了定量监测脉冲序列的变化如何影响数据的拓扑，我们首先定义了一个稳健的指标来衡量数据集的环面度。使用该指标，我们发现脉冲时间的小扰动（$\sim$ 100 ms）对环面度和放电率图的六边性几乎没有影响。然而，将脉冲抖动 $\sim$ 100-500 ms 会破坏环面拓扑，同时对网格评分的影响仍然很小。这些关键的抖动时间尺度落在 theta 频段和 eta 频段之间振荡周期的范围内。因此，我们假设神经元脉冲的这些振荡调制在环面拓扑的出现和稳健性中起着关键作用，而六边形空间选择性本身是不充分的。我们使用一个由独立的速率调制泊松过程组成的网格细胞活动简单模型证实了这一假设。当这些速率被振荡调制时，网络表现出与真实数据相似的环面拓扑，即使放电场的位置受到扰动也是如此。在没有振荡的情况下，这种相似性显著降低。此外，我们发现实验记录的脉冲序列确实在 eta 和 theta 频段表现出时间调制，并且 eta 频段功率与 theta 频段功率之比 $A_{\eta}/A_{\theta}$ 与环面拓扑消失时的关键抖动时间相关。