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Enregistrement W4407278427 · doi:10.1101/2025.02.07.637062

Computation-through-Dynamics Toolkit: Simulated datasets and quality metrics for dynamical models of neural activity

2025· preprint· en· W4407278427 sur OpenAlexafffund
Christopher Versteeg, Jonathan McCart, Mitchell Ostrow, David M. Zoltowski, Clayton Washington, Laura Driscoll, Olivier Codol, Jonathan A. Michaels, Scott W. Linderman, David Sussillo, Chethan Pandarinath

Notice bibliographique

RevuebioRxiv (Cold Spring Harbor Laboratory) · 2025
Typepreprint
Langueen
DomaineNeuroscience
ThématiqueNeural dynamics and brain function
Établissements canadiensYork UniversityUniversité de MontréalMila - Quebec Artificial Intelligence Institute
Organismes subventionnairesNational Institute of Neurological Disorders and StrokeNational Institute on Drug AbuseNational Science FoundationNational Institutes of HealthWu Tsai Neurosciences Institute, Stanford UniversityFonds de recherche du Québec – Nature et technologiesEmory UniversityMeta
Mots-clésComputer scienceBenchmark (surveying)ComputationArtificial neural networkArtificial intelligenceMachine learningField (mathematics)Models of neural computationSystem dynamicsAlgorithmMathematics

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Abstract A primary goal of systems neuroscience is to discover how ensembles of neurons transform inputs into goal-directed behavior, a process known as neural computation. A powerful framework for understanding neural computation uses neural dynamics – the rules that govern how neural activity evolves over time – to explain how goal-directed input-output transformations occur. As dynamical rules are not directly observable, we need computational models that can infer neural dynamics from recorded neural activity. We typically validate such models using synthetic datasets with known ground-truth dynamics, but unfortunately existing synthetic datasets don’t reflect fundamental features of neural computation and may therefore be poor proxies for neural systems. Further, the field lacks validated metrics for quantifying the accuracy of the dynamics inferred by models. The Computation-through-Dynamics Toolkit (CtDToolkit) addresses these critical gaps by providing: 1) synthetic datasets that reflect computational properties of biological neural circuits, 2) interpretable metrics for quantifying model performance, and 3) a standardized pipeline for training and evaluating models with or without known external inputs. In this manuscript, we demonstrate how CtDToolkit can help guide the development, tuning, and troubleshooting of neural dynamics models. In summary, CtDToolkit provides a necessary framework for model developers to better understand and characterize neural computation through the lens of dynamics. Author Summary Understanding how the brain works requires interpretable accounts of how populations of neurons process information to produce behavior. One powerful approach is to study “neural dynamics”, the patterns of how neural activity evolves over time. Scientists develop computational models to infer these dynamics from neural recordings, but it has been challenging to know when the inferred dynamics are trustworthy. Existing datasets often lack key features of biological neural circuits, and current performance metrics can provide an incomplete picture of model quality. We developed the Computation-through-Dynamics Toolkit (CtDToolkit) to solve these problems. Our toolkit provides three key resources: biologically motivated synthetic datasets, improved metrics that provide more holistic accounts of model performance, and a standardized workflow for training and evaluating models. We hope that CtDToolkit enables researchers to rigorously test, improve, and troubleshoot their models before applying them to real brain data. This work establishes a crucial foundation for developing better methods to understand neural computation, ultimately advancing our ability to decode how the brain transforms sensory information into thought and action.

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 machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,006
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,039
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Méthodes · Signal consensuel: Méthodes
Score de désaccord entre enseignants0,019
Score d'incertitude au seuil0,038

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0060,039
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0020,001
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,002
Bibliométrie0,0020,002
Études des sciences et des technologies0,0010,001
Communication savante0,0020,002
Science ouverte0,0040,002
Intégrité de la recherche0,0020,003
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0070,002

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 Opus0,061
Tête enseignante GPT0,305
Écart entre enseignants0,244 · 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 source (Gemma direct ou Codex distillé), 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
GenreMéthodes

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

En bref

Citations1
Publié2025
Routes d'admission2
Résumé présentoui

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