От восхода до заката поток информации через области мозга помогает облегчить каждое наше движение. Например, зрение, слух, ходьба и пение становятся возможными благодаря взаимодействию между большими группами нейронов, которые активируются одновременно в нашем мозгу. Сотрудники из Университета Карнеги-Меллона, Медицинского колледжа Альберта Эйнштейна и Фонда Шампалимо уже более десяти лет объединяются, чтобы лучше понять поток коммуникаций в мозгу, используя самые современные экспериментальные и статистические методы. Их последняя победа — совершенно новый статистический метод Delayed Latents Across Groups (DLAG), который распутывает сигналы, передаваемые между областями мозга, даже когда связь между областями мозга является двунаправленной.
«Разработанный нами метод, DLAG, вписывается в более широкую категорию машинного обучения или статистических методов, которые изучают многомерные нейронные сигналы . Новым аспектом является идентификация паттернов активности, которые являются общими для разных областей мозга», — сказал Эврен. Гёкчен, аспирант факультета электротехники и вычислительной техники Университета Карнеги-Меллона.
«В течение десятилетий исследования были сосредоточены на записи одного или нескольких нейронов из одной области мозга за раз. области мозга».
Принято считать, что задачи в мозгу выполняются нейронами, совместно меняющими свою активность. Паттерн активности относится к конкретным способам, которыми нейроны координируют свою активность друг с другом. Одна из проблем с определением паттернов активности, участвующих в коммуникации между областями мозга, заключается в том, что эта коммуникация обычно происходит двунаправленно и одновременно. Нейронные записи, в свою очередь, отображают запутанную картину общения.
«Чтобы добиться прогресса в распутывании коммуникаций, мы использовали простую идею: вы не можете отправлять сигналы мгновенно; для распространения информации требуется некоторое время», — объяснил Гёкчен. «Видеоконференция — отличная точка отсчета, когда речь идет о задержке в общении; это похоже на мозг. С DLAG мы используем эту временную задержку, поэтому, если сигнал сначала появляется в области A, а затем в области B, мы принимаем это. что означает, что область A отправила сигнал в область B. Используя метод DLAG, мы можем разделить одновременно ретранслируемые сигналы».
Глядя на более широкую картину, DLAG может быть применен к другим приложениям нейробиологии, таким как понимание взаимодействия между различными типами клеток (например, между тормозными и возбуждающими нейронами ) или между различными слоями мозга.
«Внедрение DLAG похоже на введение скальпеля, чтобы получить более глубокое представление о том, как области мозга взаимодействуют друг с другом», — говорит Байрон Ю, профессор биомедицинской инженерии, электротехники и вычислительной техники. «В связи с этой статьей мы делаем наш исходный код доступным для других членов научного сообщества. DLAG можно использовать для изучения дополнительных систем мозга за пределами зрительной системы, на которой мы сосредоточились, например, для изучения памяти, принятия решений и блок управления двигателем."