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Enregistrement W3100682276 · doi:10.1101/134379

The role of untuned neurons in sensory information coding

2017· preprint· en· W3100682276 sur OpenAlexafffund
Joel Zylberberg

Notice bibliographique

RevuebioRxiv (Cold Spring Harbor Laboratory) · 2017
Typepreprint
Langueen
DomaineNeuroscience
ThématiqueNeural dynamics and brain function
Établissements canadiensCanadian Institute for Advanced Research
Organismes subventionnairesCanadian Institute for Advanced Research
Mots-clésNeural codingStimulus (psychology)PopulationSensory systemNeuroscienceCoding (social sciences)PsychologyCommunicationCognitive psychologyMathematicsSociology

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Abstract To study sensory representations, neuroscientists record neural activities while presenting different stimuli to the animal. From these data, we identify neurons whose activities depend systematically on each aspect of the stimulus. These neurons are said to be “tuned” to that stimulus feature. It is typically assumed that these tuned neurons represent the stimulus feature in their firing, whereas any “untuned” neurons do not contribute to its representation. Recent experimental work questioned this assumption, showing that in some circumstances, neurons that are untuned to a particular stimulus feature can contribute to its representation. These findings suggest that, by ignoring untuned neurons, our understanding of population coding might be incomplete. At the same time, several key questions remain unanswered: Are the impacts of untuned neurons on population coding due to weak tuning that is nevertheless below the threshold the experimenters set for calling neurons tuned (vs untuned)? Do these effects hold for different population sizes and/or correlation structures? And could neural circuit function ever benefit from having some untuned neurons vs having all neurons be tuned to the stimulus? Using theoretical calculations and analyses of in vivo neural data, I answer those questions by: a) showing how, in the presence of correlated variability, untuned neurons can enhance sensory information coding, for a variety of population sizes and correlation structures; b) demonstrating that this effect does not rely on weak tuning; and c) identifying conditions under which the neural code can be made more informative by replacing some of the tuned neurons with untuned ones. These conditions specify when there is a functional benefit to having untuned neurons. Author Summary In the visual system, most neurons’ firing rates are tuned to various aspects of the stimulus (motion, contrast, etc.). For each stimulus feature, however some neurons appear to be untuned: their firing rates do not depend on that stimulus feature. Previous work on information coding in neural populations ignored untuned neurons, assuming that only the neurons tuned to a given stimulus feature contribute to its encoding. Recent experimental work questioned this assumption, showing that neurons with no apparent tuning can sometimes contribute to information coding. However, key questions remain unanswered. First, how do the untuned neurons contribute to information coding, and could this effect rely on those neurons having weak tuning that was overlooked? Second, does the function of a neural circuit ever benefit from having some neurons untuned? Or should every neuron be tuned (even weakly) to every stimulus feature? Here, I use mathematical calculations and analyses of data from the mouse visual cortex to answer those questions. First, I show how (and why) correlations between neurons enable the untuned neurons to contribute to information coding. Second, I show that neural populations can often do a better job of encoding a given stimulus feature when some of the neurons are untuned for that stimulus feature. Thus, it may be best for the brain to segregate its tuning, leaving some neurons untuned for each stimulus feature. Along with helping to explain how the brain processes external stimuli, this work has strong implications for attempts to decode brain signals, to control brain-machine interfaces: better performance could be obtained if the activities of all neurons are decoded, as opposed to only those with strong tuning.

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)0,001
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,002
Version: codex-gemma-dda1882f352aStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Expérimental (laboratoire) · Signal consensuel: Expérimental (laboratoire)
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,087
Score d'incertitude au seuil0,999

Scores Codex et Gemma par catégorie

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0010,002
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,000
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0000,000
Science ouverte0,0010,000
Intégrité de la recherche0,0000,001
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 Opus0,018
Tête enseignante GPT0,223
Écart entre enseignants0,205 · 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'étudeExpérimental (laboratoire)
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

Citations49
Publié2017
Routes d'admission2
Résumé présentoui

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