Stimulus representation in single neurons and neuronal populations
Role of tuning shapes on minimal decoding times, and input-output functions under in-vivo-like inputs
Tid: Ti 2025-05-20 kl 14.00
Plats: F3 (Flodis), Lindstedtsvägen 26 & 28, Stockholm
Språk: Engelska
Ämnesområde: Elektro- och systemteknik
Respondent: Movitz Lenninger , Teknisk informationsvetenskap
Opponent: Professor Peter Latham, University College London, London, UK
Handledare: Professor Mikael Skoglund, Teknisk informationsvetenskap; Associate professor Pawel Herman, Beräkningsvetenskap och beräkningsteknik (CST); Associate professor Arvind Kumar, Beräkningsvetenskap och beräkningsteknik (CST)
QC 20250423
Abstract
I denna avhandling utforskar vi olika ämnen kring informationsbearbetning i neurala nätverk. För att förstå informationsbearbetning i biologiska nätverk räcker det inte att endast studera de informationsvetenskapliga konsekvenserna av hjärnaktivitet, vi måste också förstå de underliggande dynamiska egenskaperna och transformationerna hos de celler och nätverk som ger upphov till aktiviteten. Därför tar vi an två perspektiv i denna avhandling. I den första delen undersöker vi, med hjälp av informationsvetenskapliga metoder, hur olika responskurvor (tuning curves) påverkar information. Vi frångår här från det vanliga användandet av asymptotiska mått, så som Fisher information eller ömsesidig information, och fokuserar istället på konsekvensen av korta avkodningstider. Vi visar att korta avkodningstider kräver andra, nya hänsynstaganden för en neural kod. Detta nya perspektiv ger en ny informationsvetenskaplig förklaring till de responskurvor som uppmäts i våra sensoriska nervsystem. I den andra delen av denna avhandling studerar vi transformationen av hjärnaktivitet i enstaka celler eller i nätverk av celler. Vi studerar en möjlig implikation av NMDA i att möjliggöra post-synaptisk sensitivitet i situationer av hög pre-synaptisk aktivitet genom simulationer av en morfologiskt rekonstruerad cell. Vi visar att den synaptiska NMDA-AMPA ration kan vara en viktig faktor med vilken celler kan anpassa sin excitabilitet efter dess naturliga pre-synaptiska aktivitetsnivå. Slutligen studerar vi även den gemensamma effekten av pre-synaptisk aktivitetsnivå och synkronicitet på den post-synaptiska aktiviteten i nätverk av punktneuroner. Synkroniserad aktivitet har föreslagits som en mekanism att öka den pre-synaptiska förmågan att driva post-synaptisk aktivitet. Dock kan synkron pre-synaptisk aktivitet även ge upphov till ytterligare synkronicitet i senare nätverk. Vi föreslår att inhibering, starkt korrelerad med den externa exciteringen, kan kraftigt reducera post-synaptisk synkronicitet. Slutligen visar vi att sådan dekorrelation även medför lägre aktivitet.