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Enregistrement W2035555225 · doi:10.1186/1471-2202-13-s1-p96

Optimal neural coding in networks of heterogeneous neurons

2012· article· en· W2035555225 sur OpenAlexaff
Jorge F. Mejías, André Longtin

Notice bibliographique

RevueBMC Neuroscience · 2012
Typearticle
Langueen
DomaineNeuroscience
ThématiqueNeural dynamics and brain function
Établissements canadiensGeneral Dynamics (Canada)University of Ottawa
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésNeural codingComputer scienceArtificial neural networkNeuroscienceCoding (social sciences)Information processingPopulationBiological neural networkSynchronization (alternating current)Network dynamicsArtificial intelligenceBiologyMachine learningTelecommunicationsMathematics

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Neural systems display a prominent level of heterogeneity in synaptic, neuron, and network properties. Even among same-class neurons, differences in excitability properties, for instance, may be present in the system, and this could have strong implications for information processing. A well-known example is the so called population coding ,a strategy which relies on the particular responses of individual neurons of a network to code information. This occurs for instance in V1 cortical networks, where the orientation preference of neurons allows for efficient information coding [1]. However, not many studies have addressed the role of neural heterogeneity in other neural coding strategies. Interestingly, cell-to-cell differences have been recently found to be relevant in synchronization of inhibitory networks [2], coherent activity in electrically coupled neurons [3], synchronized bursting events [4], global detection of weak signals [5], and efficient coding for communication signals [6], highlighting a possible role of heterogeneity on neural information processing. Still, neither the effect of heterogeneity on the dynamics of neural populations nor its influence on neural coding are yet fully understood. In this work, we present a theoretical and numerical study of how different strategies of neural coding (concretely, rate coding and temporal coding) are affected by the presence of heterogeneity in the properties of the neurons in the network, paying special attention to their ability to process and codify incoming signals. We carry out this study in two different systems: the first one, which is conceptually simpler, is a fully-connected network of excitatory integrate-and-fire neurons with small synaptic delays. The second one is more realistic, and consists in a sparsely connected network of excitatory and inhibitory integrateand-fire neurons with small synaptic delays. For both systems, a certain level of heterogeneity is introduced in the neuron firing thresholds, that is, each neuron in the network has a particular degree of excitability. Our aim is to investigate the effect of such heterogeneity level in the strategies used by the network to process and codify neural signals. Our results show that neural heterogeneity has important effects in several properties of interest in neural networks, such as the mean firing rate or the synchronization properties of the network. Then, we find that these effects have strong consequences for two main information processing strategies used in many brain areas: rate coding and temporal coding. More precisely, we show, theoretically and numerically, that certain heterogeneity valueswhich lie within the physiological rage found in actual neurons- optimize the transmission of information in rate and temporal codes in a stochastic resonance fashion, suggesting that cell-to-cell differences are not useful only for population coding, but also for more general coding strategies. Interestingly, we find that networks of heterogeneous neurons tend to behave differently to input changes (such as increments in input rate) depending on the neural coding strategy they are operating in. Such finding suggests the existence of heterogeneity-induced features which are specific for each neural coding strategy.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction distillée sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,001
Version: codex-gemma-dda1882f352aStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,762
Score d'incertitude au seuil0,679

Scores Codex et Gemma par catégorie

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,001
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,001
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0000,001
Science ouverte0,0000,000
Intégrité de la recherche0,0000,000
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0000,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,058
Tête enseignante GPT0,277
Écart entre enseignants0,219 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations0
Publié2012
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