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Pachtariu 实验室/ 出版物
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19 出版物

显示 19 个结果中的 1-10
06/26/19| 视觉皮层群体反应的高维几何。
Stringer C,pachtariu M,Steinmetz NA,Carandini M,Harris KD
自然。2019 6月26日; 第 571 (7765): 361-65。Doi: 10.1038/s41586-019-1346-5

当神经元的活动不相关且高维时,神经元群体对信息的编码效率最高,当其活动相关且低维时,信息的编码效率最高。在这里,我们分析了自然图像编码的金宝搏官方相关结构,在从清醒小鼠记录的大型视觉皮层群体中。诱发的人口活动是高维的,其相关性遵循一个意想不到的幂律: 第 n 个主成分方差缩放为 1/n。这不是从自然图像的 1/f 光谱继承的,因为它在刺激变白后仍然存在。我们从数学上证明,如果人口代码是平滑的,即如果输入的微小变化不能主导人口活动,那么方差谱必须至少衰减如此快。该理论还预测了低维刺激合奏的更大的幂律指数,我们通过实验进行了验证。这些结果表明编码平滑度代表了控制神经群体编码相关性的基本约束。

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04/19| 自发行为驱动多维的大脑范围的人口活动。金宝搏官方
Stringer C,pachtariu M,Steinmetz NA,Reddy CB,Carandini M,Harris KD
科学。2019 4月18日; 第 364 (6437): 255。Doi: 10.1101/306019

感觉皮质在没有外部感觉刺激的情况下是活跃的。为了理解这种正在进行的活动的本质,我们使用双光子钙成像来记录在黑暗中醒来的老鼠的视觉皮层中超过 10,000 个神经元,同时通过视频监控它们的行为。正在进行的人口活动是多维的,展示了金宝搏官方至少 100 个显著维度,其中一些与老鼠的自发行为有关。最大的单金博宝188登录维度与跑步速度和瞳孔面积相关,而 16 维度的口面部行为总结可以预测约 45% 的可解释的神经方差。8 个同步的神经像素探针的电生理记录揭示了跨多个前脑区域的高维口面行为的类似编码。在视觉刺激呈现过程中,运动变量的表示持续不间断,占据与刺激反应几乎正交的维度。我们的结果表明,运动状态的多维表征在前脑中被编码,并通过初级视觉皮层中的神经元群与视觉输入整合。

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04/19| 口渴通过调节全脑神经群体动态来调节动机行为。
Allen WE,Chen MZ,Pichamoorthy N,Tien RH,pachtariu M,Luo L,Deisseroth K
科学。2019 4月04日; 第 364 (6437): 253。Doi: 10.1126/science.aav3932

生理需求产生动机驱动,如口渴和饥饿,调节对生存至关重要的行为。下丘脑神经元感知到这些需求,必须协调相关的大脑神经元活动以产生适当的行为。当老鼠喝水并变得满足时,我们研究了口渴动机选择行为中 34 个大脑区域约 24,000 个神经元的动力学。水预测感觉线索引发的活动迅速蔓延到口渴动物的大脑。这些动态是由编码动机状态的群体活动的全脑模式控制的。饱食后,下丘脑口渴感应神经元的局灶性光遗传学激活使整体活动恢复到饱食前状态。金宝搏官方因此,动机状态指定了决定一个大脑范围内的动力系统如何将感官输入转化为行为输出的初始条件。

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04/01/19| 钙成像数据神经记录的计算处理。金博宝188登录
Stringer C,pachtariu M
神经生物学的当前观点。2019 4月; 55: 22-31。Doi: 10.1016/j.conb.2018.11.005

长期以来,电生理学一直是神经科学的主力,允许科学家以毫秒的精度记录体内神经元产生的动作电位。最近,荧光指示剂的钙成像已经成为一种强有力的替代方法。这种技术有其自身的优势和劣势,以及独特的数据处理问题和解释混乱。在这里,我们回顾了在最少的人类监督下将原始钙电影转换为单神经元尖峰时间估计的计算方法。通过计算解决钙成像的缺点,这些方法有望显著提高数据质量。我们还引入了一种新的度量标准金博宝188登录来评估这些处理管道的输出,它基于电生理学中常规使用的群集隔离距离。

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18 08/06| 神经元钙成像的脉冲去卷积鲁棒性。金博宝188登录
Pachtariu M,Stringer C,Harris KD
神经科学杂志: 神经科学学会官方期刊。2018 8月06日; 38 (37): 7976-85。Doi: 10.1523/JNEUROSCI.3339-17.2018

钙成像是记录许多金博宝188登录物种神经种群活动的有力方法,但是从钙信号推断尖峰时间是一个具有挑战性的问题。我们将使用金宝搏官方多个数据集的多种方法与地面真实电生理学进行了比较,发现简单的非负反褶积 (NND) 在样本外测试数据上优于所有其他算法。基于对两个刺激重复的反应的相关性,我们引入了一种适用于没有电生理基础真理的记录的新基准, 并利用这一点来表明,当运行在 “缩小” 数据集上时,不受约束的 NND 也优于其他算法,该数据集是从任一性别的小鼠的视觉皮层记录的 10,000 个细胞记录。最后,我们表明,基于 NND 的方法与基于卷积神经网络的监督方法的性能相匹配,同时避免了这些方法的一些偏差,并且运行速度更快。因此,由于简单、高效和准确,我们建议使用简单的 NND 从钙痕迹推断尖峰。目前允许同时记录最大数量细胞的实验方法是双光子钙成像。然而,使用这种强大的方法需要从大型结果数据集正确推断神经元放电时间。先前的研究声称,复杂的监督学习算法在这项任务中优于简单的反褶积方法。不幸的是,这些研究遭受了几个问题和偏见。当我们重复分析,使用相同的数据并纠正这些问题时,我们发现更简单的脉冲推断方法表现更好。更重要的是,我们发现监督学习方法可以将人工结构引入到尖峰训练中,这反过来会导致错误的科学结论。在我们评估的算法中,我们发现一种极其简单的方法在所有测试过的情况下表现最好,运行速度更快,并且对参数选择不敏感, 做出不正确的科学结论的可能性要小得多。

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18 05/21| 基于社区的基准测试提高了从双光子钙成像数据的尖峰推断。金博宝188登录
Berens P,Freeman J,Deneux T,Chenkov N,McColgan T,Speiser A,Macke JH,Turaga SC,Mineault P,Rupprecht P,Gerhard S,Friedrich RW,Friedrich J, paninski L,Pachitariu M,Harris KD,Bolte B,Machado TA,Ringach D,etal
PLoS 计算生物学。2018 5月21日; 14 (5): E1006157。Doi: 10.1371/journal.pcbi.1006157

近年来,双光子钙成像已经成为探测神经回路功能和研究神经元群计算的标准工具金博宝188登录。然而,由于荧光钙指标的动力学相对缓慢,所获得的信号只是神经活动的间接测量。过去已经提出了从嘈杂的钙测量中估计峰值速率的不同算法,但是在多大程度上可以提高性能是一个悬而未决的问题。在这里,我们报告了 spikefinder 挑战赛的结果,该挑战赛旨在通过众包促进新的峰值速率推理算法的发展。我们提出了 10 个提交的算法,与先前评估的方法相比,这些算法显示出改进的性能。有趣的是,表现最好的算法基金宝搏官方于从深度神经网络到生成模型的广泛原则,但却提供了神经活动的高度相关的估计。竞赛表明,基准挑战可以推动神经科学的算法发展。

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11/08/17| 全集成硅探针,用于高密度记录神经活动。金宝搏官方
6月 JJ,Steinmetz NA,Siegle JH,Denman DJ,Bauza M,Barbarits B,Lee AK,Anastassiou CA,Andrei A,ayd Ç,Barbic M,Blanche TJ,Bonin V, couto J,Dutta B,Gratiy SL,Gutnisky DA,h ä usser M,Karsh B,Ledochowitsch P,Lopez CM,Mitelut C,Musa S,Okun M,pacitariu M,Putzeys J,Rich PD,Rossant C,Sun W,Svoboda K,Carandini M,Harris KD,Koch C, 奥基夫 J,哈里斯 TD
自然。2017 11月08日; 第 551 (7679): 232-236。Doi: 10.1038/nature24636

感觉,电机和认知活动参与的协调行动的两大人口跨越多个脑区神经元表面及深层结构。现有的细胞外探针以优异的空间和时间 (亚毫秒) 分辨率记录神经活动,但每柄仅来自几十个神经元。光学 Ca (月 +) 所需的时间分辨率成像提供更大的覆盖范围,但缺乏区分个人钉鞋可靠,不衡量地方潜力的领域。到目前为止,没有一种技术能够与无限制动物的使用相兼容,能够将高时空分辨率与大体积覆盖相结合。我们设计,制造和测试一个新的硅探针被称为 Neuropix金宝搏官方els 来满足这一需要。每个探针都有 384 个记录通道,可以可编程地处理 960 个互补的金属氧化物半导体 (CMOS) 处理兼容的低阻抗 TiN 站点,这些站点平铺一个 10 毫米长的, 70 × 20 μ m 横截面柄。6 × 的探针底座是用柄在单片上制金博宝188登录作的。电压信号在基座上被过滤、放大、复用和数字化,允许无噪声数字数据从探头直接传输。密集记录位点和高通道计数的结合产生了从植入小鼠和大鼠体内的每个探针的数百个神经元中分离良好的峰值活动。使用两个探针,在一只清醒的老鼠中,从五个大脑结构中同时记录了 700 多个分离良好的单个神经元。完全集成的功能和小尺寸的神经像素探针允许来自几个大脑结构的大量神经元被记录在自由移动的动物中。这种高性能电极技术和可扩展芯片制造方法的结合开辟了一条记录行为过程中大脑神经活动的途径。

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07/20/月| Suite2p: 标准双光子显微镜下超过 10,000 个神经元。
Pachtariu M,Stringer C,dipppa M,schr ö der S,Rossi LF,Dalgleish H,Carandini M,Harris KD
BioRxiv。2017 7月20日: 061507。Doi: https://doi.org/10.1101/061507

钙依赖传感器的双光子显微术已经实现了从大量神经元中前所未有的记录。虽然传感器和显微镜经过几代的发展已经成熟,但是处理结果电影的计算方法仍然效率低下,并且可能给出难以解释的结果。这里我们介绍 Suite2p: 一个快速,准确和完整的管道,记录原始电影,检测活跃的细胞,提取它们的钙痕迹并推断它们的峰值时间。Suite2p 在标准工作站上运行,运行速度比实时快,恢复的细胞比以前最先进的方法多 2 倍。它的低计算负载允许与标准双光子共振扫描显微镜同时进行约 10,000 个细胞的常规检测。这种规模的记录有望揭示大量神经元或大量亚细胞结构如突触结的活动精细结构。金宝搏官方

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18 05/02| 视觉和运动塑造了小鼠视觉皮层神经元类型之间的相互作用。
Dippoppa M,Ranson A,Krumin M,pachtariu M,Carandini M,Harris KD
神经元。2018 5月2日; 98 (3): 602-15。Doi: https://doi.org/10.1101/058396

皮质计算产生于多种神经元类型的相互作用,包括锥体 (Pyr) 细胞和表达 Sst 、 Vip 或 Pvalb 的中间神经元。为了研究这种相互作用的潜在电路,我们对小鼠初级视觉皮层 (V1) 中的这四种细胞进行了成像。我们在黑暗中的记录与移动激活 Vip 细胞的 “去抑制” 模型一致,从而抑制 Sst 细胞和去抑制 Pyr 细胞。然而,当存在视觉刺激时,去抑制模型失败了: 运动增加了 Sst 细胞对大刺激的反应和 Vip 细胞对小刺激的反应。一个递归网络模型成功地从其他类型的测量活动中预测了每种细胞类型的活动。然而,捕捉运动的影响需要允许它增加前馈突触重量和调节周期性重量。该网络模型总结了中间神经元的相互作用,并表明运动可能通过改变有效的突触连接来改变皮层计算。金宝搏官方

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06/27/月| 脉冲去卷积对神经脉冲钙成像的鲁棒性。金博宝188登录
Pachtariu M,Stringer C,Harris KD
BioRxiv。2017 6月27日: 156786。Doi: https://doi.org/10.1101/156786

钙成像是记录神经金博宝188登录群体活动的一种强有力的方法,但是从钙信号推断峰值时间是一个具有挑战性的问题。我们比较了金宝搏官方使用多个数据集的多个方法与基础真理电生理学,并发现简单的非负反褶积 (NND) 优于所有其他算法。基于对两个刺激重复的反应的相关性,我们引入了一种适用于没有电生理基础真理的记录的新基准, 并利用这一点来表明,当运行在约 10,000 个细胞记录的 “放大” 数据集上时,无约束 NND 也优于其他算法。最后,我们表明,基于 NND 的方法与基于卷积神经网络的监督方法的性能相匹配,同时避免了这些方法的一些偏差,并且运行速度更快。因此,由于简单、高效和准确,我们建议使用简单的 NND 从钙痕迹推断尖峰。

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