Чем объясняется вариабельность средней частоты возбуждения биологических нейронов?

Биологические нейроны имеют компромисс между высокой передачей информации (высокая частота срабатывания) и сохранением энергии (низкая частота срабатывания). Можно было бы предположить, что максимизация этой функции имеет единственное решение и что средняя частота возбуждения и вариабельность должны быть одинаковыми для всех нейронов. Но это далеко не так. Существует ли принципиальное вычислительное объяснение этой изменчивости?

Просто быстрый вопрос. Почему вы ожидаете одно решение? Не мог ли оптимум варьироваться от области мозга к области мозга и вообще сложным образом зависеть от топологии?
Артем: Одно решение - это самый простой ответ... но экспериментально это не похоже на ситуацию. Средние показатели стрельбы различаются даже в одном регионе. Может быть топологический ответ, я не знаю.
Каждый нейрон выполняет различную вычислительную роль в сети, поэтому можно ожидать, что одни будут иметь разную скорость срабатывания, чем другие.

Ответы (1)

Я не уверен, действительно ли верны три предположения, на которых основан ваш вопрос.

(1) Почему высокая передача трансформации должна быть связана с высокой скорострельностью? В зависимости от роли отдельного нейрона в группе неактивация может нести столько же информации, сколько и активация.

(2) Энергосбережение может быть связано не с поведением отдельного нейрона, а с организмом в целом. Например, если постоянное срабатывание нейрона останавливает ваши ноги от постоянного (нефункционального) дрожания, энергия, «тратимая впустую» на возбуждающий нейрон, может снизить потребление энергии системой в целом.

(3) Хотя это не указано явно, ваш вопрос может указывать на то, что средняя частота возбуждения данного нейрона относительно постоянна во времени. Это не обязательно так, поскольку характеристики возбуждения нейронов со временем «настраиваются» в зависимости от их активности. Этот процесс называется гомеостатической синаптической пластичностью, и в последнее время ему уделяется большое внимание.

Обзор см.: Turrigiano GG. (2008) Самонастраивающийся нейрон: синаптическое масштабирование возбуждающих синапсов. Клетка. 422-35.

Я думаю, что вы упускаете суть вопроса с (1) и (2). Независимо от того, вызывает ли что-то присутствие сигнала или его отсутствие, если вы ускорите все в 10 раз, вся ваша обработка информации ускорится в 10 раз (в качестве грубой аналогии подумайте о частоте обновления процессоров). ). Однако ваше энергопотребление также увеличится (грубая аналогия: потери тепла в процессорах).
@Artem Kaznatcheev: Большое спасибо за ваш комментарий. На самом деле я боюсь, что аналогия с процессором может быть не очень полезной в этом контексте. Я согласен с вами: если скорость обработки процессора увеличивается в 10 раз, передача информации увеличивается в десять раз, независимо от того, сигнализируется ли «срабатывание» или «отсутствие срабатывания» на данном этапе обработки.
продолжение комментария: Однако для нейрона это не обязательно верно. Хотя увеличение частоты срабатывания в 10 раз приводит к передаче в 10 раз большего количества сигналов, это не имеет смысла для «молчащего» нейрона. Для не срабатывающего нейрона ускорение в 10 раз просто не определено (вероятно, из-за отсутствия дискретных шагов обработки).
Чем объясняется вариабельность средней частоты возбуждения биологических нейронов?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v