論文の概要: Exploring Behavior-Relevant and Disentangled Neural Dynamics with Generative Diffusion Models

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2410.09614v3
• Date: Tue, 26 Nov 2024 05:26:42 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-11-27 13:32:05.576534
• Title: Exploring Behavior-Relevant and Disentangled Neural Dynamics with Generative Diffusion Models
• Title（参考訳）: 生成拡散モデルを用いた行動関連・遠方性ニューラルダイナミクスの探索
• Authors: Yule Wang, Chengrui Li, Weihan Li, Anqi Wu,
• Abstract要約: 行動の神経基盤を理解することは神経科学の基本的な目標である。 私たちのアプローチは、BeNeDiff'と呼ばれるもので、まずきめ細やかな神経部分空間を識別します。 次に、最先端の生成拡散モデルを使用して、各潜伏因子の神経力学を解釈する行動ビデオを合成する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.600709013150986
• License:
• Abstract: Understanding the neural basis of behavior is a fundamental goal in neuroscience. Current research in large-scale neuro-behavioral data analysis often relies on decoding models, which quantify behavioral information in neural data but lack details on behavior encoding. This raises an intriguing scientific question: ``how can we enable in-depth exploration of neural representations in behavioral tasks, revealing interpretable neural dynamics associated with behaviors''. However, addressing this issue is challenging due to the varied behavioral encoding across different brain regions and mixed selectivity at the population level. To tackle this limitation, our approach, named ``BeNeDiff'', first identifies a fine-grained and disentangled neural subspace using a behavior-informed latent variable model. It then employs state-of-the-art generative diffusion models to synthesize behavior videos that interpret the neural dynamics of each latent factor. We validate the method on multi-session datasets containing widefield calcium imaging recordings across the dorsal cortex. Through guiding the diffusion model to activate individual latent factors, we verify that the neural dynamics of latent factors in the disentangled neural subspace provide interpretable quantifications of the behaviors of interest. At the same time, the neural subspace in BeNeDiff demonstrates high disentanglement and neural reconstruction quality.
• Abstract（参考訳）: 行動の神経基盤を理解することは神経科学の基本的な目標である。 大規模神経行動データ分析の現在の研究は、しばしばデコードモデルに依存しており、神経データの行動情報を定量化するが、行動符号化の詳細を欠いている。 行動タスクにおける神経表現の詳細な探索を可能にし、行動に関連した解釈可能な神経力学を明らかにすることは、どのようにして可能か? しかし、異なる脳領域にまたがる多様な行動符号化と集団レベルでの混合選択性のため、この問題に対処することは困難である。 この制限に対処するため、我々のアプローチである `BeNeDiff' はまず、振る舞いインフォームド潜在変数モデルを用いて、きめ細やかで非絡み合ったニューラル部分空間を同定する。 次に、最先端の生成拡散モデルを使用して、各潜伏因子の神経力学を解釈する行動ビデオを合成する。 背側大脳皮質を横断する広視野カルシウムイメージング記録を含むマルチセッションデータセットについて,本手法の有効性を検証した。 拡散モデルを用いて個々の潜伏因子を活性化させることにより、非絡み合ったニューラル部分空間における潜伏因子のニューラルダイナミクスが、関心の行動の解釈可能な定量化をもたらすことを検証した。 同時に、BeNeDiffの神経サブスペースは、高い絡み合いと神経再構成の品質を示す。

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