从神经纤维钙成像数据中提取类似布顿的结构
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2022-11-02 14:53:32
摘要 两个神经元之间突触的化学传递是神经网络中信息处理的核心步骤。为了揭示由大量神经细胞(或神经元)组成的大脑中的信息处理，分析突触群的时
两个神经元之间突触的化学传递是神经网络中信息处理的核心步骤。为了揭示由大量神经细胞(或神经元)组成的大脑中的信息处理，分析突触群的时间活动是必不可少的。
光学技术的最新进展使我们能够通过反映钙离子流入源自神经活动的神经元的荧光信号来可视化神经活动。然而，由于突触的尺寸小(几微米)且数量众多(标准显微镜视野中有数千个突触)，从功能成像数据中手动提取每个突触是费力的。
在《神经网络》上发表的一项研究中，来自日本电子通信大学和东京大学的研究人员设计了一种新程序，可以从钙成像数据中提取单个突触样结构。
在这项研究中，作者使用苍蝇幼虫的神经回路作为模型，因为这些回路已经在细胞水平上进行了深入研究。研究人员使用膜锚定的钙离子敏感荧光探针对苍蝇幼虫的中枢神经系统进行了钙成像。为了从获得的数据中提取数千个突触，基于图论和统计物理学的强大数学方法开发了一种称为 PQ 聚类的算法。
通过 PQ 聚类，从中枢神经系统的钙成像数据中提取了单个突触样结构。通过对提取数据的详细分析，研究小组确定了少数在虚构运动(在孤立的神经系统中观察到的神经活动)期间同步的突触，表明这些突触组织了电路活动的时间。
为了测试该算法的适用范围，研究小组生成了一系列模拟钙成像数据的人工数据，并将PQ-clustering的性能与其他算法进行了比较。比较表明，PQ 聚类算法优于其他聚类算法，尤其是在包括同步活动的数据中。该结果意味着该算法在分析显示不同时空活动模式 的其他神经回路中的有用性。
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