Каждая функция мозга, от вставания до принятия решения, что есть на ужин, включает взаимодействие нейронов. Исследования, посвященные взаимодействию нейронов, охватывают разные области нейробиологии, в основном с использованием подходов корреляции количества спайков или уменьшения размерности. Новаторское исследование Университета Карнеги-Меллона выявило способ объединения этих подходов, что привело к более глубокому пониманию нейронной активности.
Нейроны используют электрические и химические сигналы для передачи информации по всему телу, и у каждого из нас есть миллиарды из них. Понимание того, как нейроны взаимодействуют друг с другом, важно, потому что эти корреляции влияют на обучение, принятие решений, моторный контроль и многие другие жизненные функции.
Исторически сложилось так, что для изучения взаимодействий между нейронами использовались два подхода: корреляция количества спайков и уменьшение размерности. Корреляция количества спайков описывает пары нейронов, тогда как уменьшение размерности применяется к популяции нейронов. Хотя как попарный, так и попарный методы одинаково действенны и обоснованы с научной точки зрения, до сих пор попытки связать эти два подхода были редкими. Это новинка совместного исследования, недавно опубликованного в Neuron.
"В рамках этого исследования мы предлагаем общий язык и способ перехода между двумя подходами," говорит Мэтт Смит, доцент кафедры биомедицинской инженерии и Института нейробиологии. "По сути, когда дело доходит до исследований нейронов, ученые говорят на разных диалектах одного и того же языка. Мы смогли показать, что они говорят на одном языке и могут общаться друг с другом."
Чтобы построить мост между двумя подходами, группа установила конкретные математические и эмпирические отношения между попарной корреляцией и показателями ковариабельности в масштабах всей популяции на основе уменьшения размерности. Их результаты являются поучительным повествованием о том, что использование единственной статистики само по себе дает одностороннее описание. Более полное и более интерпретируемое описание взаимодействий между нейронами можно получить, рассмотрев ряд показателей из обоих подходов.
Акаш Умаканта, аспирант Института неврологии Университета Карнеги-Меллона и соавтор статьи, вместе с выпускниками Карнеги-Меллона Рудиной Мориной и Бенджамином Коули использует аналогию, чтобы объяснить эту работу и ее влияние.
"Существуют разные взгляды на мир и разные способы объяснения активности нейронов в головном мозге," указывает Умаканта. "Давайте заменим нейроны друзьями в настройках социальной сети. В этом сценарии один из подходов к лучшему пониманию вашей сети – это поиск тенденций или общих черт в группах из двух человек. Другой подход – посмотреть на всех вместе. Оба одинаково действительны, просто есть разные способы фиксировать происходящее. Использование понимания с разных точек зрения и их соединение в конечном итоге расширяет нашу перспективу."
В целом эти концепции имеют широкое значение и актуальны для людей из разных областей нейробиологии, у которых есть разные способы описания того, что происходит в мозгу.
"Объединение этих подходов могло бы способствовать большему сотрудничеству и способам распространения идей в областях нейробиологии, чтобы мы не укоренились в одном образе мышления о чем-то," говорит Байрон Ю, профессор биомедицинской инженерии, электротехники и вычислительной техники. "Лучшее взаимное обогащение идеями в конечном итоге приносит пользу всем."