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神经群体活动的动态约束 Emily R. Oby* 1,2 、Alan D. Degenhart* 2,3 、Erinn M. Grigsby* 1,2,4,5 、Asma Motiwala 2,3 、Nicole T. McClain 1,2 、Patrick J. Marino 1,2 、Byron M. Yu** 2,3,6 、Aaron P. Batista** 1,2 1 匹兹堡大学生物工程系;美国匹兹堡 2 认知神经基础中心;美国匹兹堡 3 卡内基梅隆大学电气与计算机工程系;美国匹兹堡 4 匹兹堡大学物理医学与康复系;美国匹兹堡 5 匹兹堡大学康复与神经工程实验室;美国匹兹堡 6 卡内基梅隆大学生物医学工程系;美国匹兹堡 * 表示共同第一作者 ** 表示共同资深作者和通讯作者 通信地址:aaron.batista@pitt.edu, byronyu@cmu.edu 摘要 神经活动随时间展开的方式被认为是大脑感觉、运动和认知功能的核心。网络模型长期以来一直认为大脑的计算涉及由底层网络塑造的活动时间进程。从这个观点可以预测,活动时间进程应该很难被违反。我们利用脑机接口 (BCI) 挑战猴子违反我们在运动皮层观察到的自然发生的神经群体活动时间进程。这包括挑战动物以时间逆转的方式穿越神经活动的自然时间进程。当直接受到挑战时,动物无法违反神经活动的自然时间进程。这些结果为以下观点提供了实证支持:在大脑中观察到的活动时间过程确实反映了它们所实现的底层网络级计算机制。 简介神经群体活动的时间演变,也称为神经动力学,被认为是许多大脑功能的基础,包括运动控制 1 、感觉知觉 2-4 、决策 5-8 、时间安排 9,10 和记忆 11,12 等 13 。例如,决策可能是由神经活动汇聚到点或线吸引子 6-8 形成的;记忆可以通过神经活动放松到点吸引子 12,14 来恢复;手臂运动可能涉及表现出旋转动力学的神经活动 1 。网络模型 6-8,10,14-17 和大脑 1,2,6-8,10 产生的时间结构化群体活动之间的相似性为大脑如何通过动力学实现计算提供了诱人的证据 18-22 。在网络模型中,活动的时间演变由网络的连通性 23 决定。也就是说,每个节点在某一时间点的活动由网络的活动决定。

神经群体活动的动态约束

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