从神经群体活动中推断结构化潜伏空间的贝叶斯推断与直角随机线性混合模型
Rui Meng1, Kristofer E Bouchard1,2,3,4
1Biological Systems and Engineering Division, Lawrence Berkeley National Laboratory, Berkeley, California, United States of America.
这项研究引入了一种新的贝叶斯回归框架,即直角随机线性混合模型 (OSLMM),用于分析神经群体活动. OSLMM有效地揭示了声音和运动等外部变量在大脑动态中是如何表现的.
科学领域:
- 计算神经科学是一种神经科学.
- 系统神经科学 系统神经科学
- 机器学习 机器学习
背景情况:
- 大脑功能来自于集体的神经元活动,但将外部变量与神经群体动态联系起来是具有挑战性的.
- 现有的方法难以提取由外部变量构成的潜在空间,这助长了关于大脑动态与表示的辩论.
- 高维的神经数据通常存在于低维的潜空间中,需要复杂的分析工具.
研究的目的:
- 开发一种新的潜在过程贝叶斯回归框架,用于分析神经人口活动.
- 为了证明神经动态是由神经表示构成的,弥合了动态和表示系统之间的差距.
- 为分析多样化,大规模生物时间序列数据集提供一个工具.
主要方法:
- 开发了直角随机线性混合模型 (OSLMM),将时间变化的混合系数纳入直角性约束.
- 为OSLMM实施了马尔科夫链蒙特卡洛推断程序.
- 使用合成数据验证的OSLMM用于潜伏轨迹恢复和现实世界的神经数据集 (老鼠听觉皮层,子运动皮层).
主要成果:
- 在合成数据上,OSLMM在潜在轨迹恢复方面表现出卓越的表现.
- 与现有方法相比,OSLMM在基准数据集上显示出卓越的计算效率和预测准确性.
- 在听觉和运动皮层数据集中,OSLMM潜伏轨迹直接反映了外部刺激的特征 (声音频率,触及角度/速度).
结论:
- OSLMM成功地提取了由外源变量构成的潜在空间,支持神经动态通过表示形式组织的观点.
- 该模型提供了卓越的预测准确性和从神经数据中解码外部变量.
- OSLMM是一种强大而高效的工具,用于分析复杂的神经群体活动和大规模的生物时间序列数据.
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