論文の概要: Brain functions emerge as thermal equilibrium states of the connectome

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2408.14221v2
• Date: Sat, 19 Oct 2024 22:37:12 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-11-08 05:04:12.053345
• Title: Brain functions emerge as thermal equilibrium states of the connectome
• Title（参考訳）: コネクトームの熱平衡状態としての脳機能
• Authors: Elkaïoum M. Moutuou, Habib Benali,
• Abstract要約: 神経科学における基本的なパラダイムは、認知機能は脳の構造的構造によって形成されることである。 構造コネクトームの関数状態が代数量子系の熱平衡状態として現れる枠組みを提案する。 線虫Em Caenorhabditis elegansのコネクトームにこの枠組みを適用した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.3453002745786199
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: A fundamental paradigm in neuroscience is that cognitive functions -- such as perception, learning, memory, and locomotion -- are shaped by the brain's structural organization. However, the theoretical principles explaining how this physical architecture governs its function remain elusive. Here, we propose an algebraic quantum mechanics (AQM) framework in which the functional states of a structural connectome emerge as thermal equilibrium states of an algebraic quantum system defined on the underlying directed multigraph. These equilibrium states, derived from the Kubo-Martin-Schwinger (KMS) states formalism, capture the contribution of each neuron to the overall information flow. We apply this framework to the connectome of the nematode {\em Caenorhabditis elegans}, providing a detailed description of the KMS states, exploring their functional implications, and predicting functional networks based on anatomical connectivity. Ultimately, our approach reveals functional circuits predicted by the topology of the connectome and illuminates on the mechanisms linking structure to function.
• Abstract（参考訳）: 神経科学の基本的なパラダイムは、認知機能(知覚、学習、記憶、移動)が脳の構造的構造によって形成されることである。 しかし、この物理的アーキテクチャが機能をどのように支配するかを説明する理論的原理は、いまだ解明されていない。 本稿では、構造コネクトームの関数状態が、基礎となる有向多重グラフ上に定義された代数量子系の熱平衡状態として出現する代数量子力学(AQM)フレームワークを提案する。 これらの平衡状態は、KMS(Kubo-Martin-Schwinger)から派生したもので、情報フロー全体への各ニューロンの寄与を定式化している。 線虫Cenorhabditis elegans {\displaystyle {\em Caenorhabditis elegans} のコネクトームにこの枠組みを適用し、KMS状態の詳細な説明、機能的含意の探索、解剖学的接続に基づく機能的ネットワークの予測を行う。 究極的には,コネクトームのトポロジーによって予測される機能回路を明らかにし,構造と機能とをリンクする機構に光を照射する。

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