计算神经学笔记-population coding and bayesian estimation

本文探讨了计算神经学中的群体编码原理,以蟋蟀的cercal cell为例,解释了神经元如何通过firing rate传递信息,并介绍了如何利用cos函数和坐标轴来解码这些信息。此外,还提到了在生物体内的冗余基底使用原因。同时,文章讨论了在非cos形式的tuning curve情况下,如何借助贝叶斯推断进行方向估计,包括maximum likelihood和maximum a posteriori两种方法。

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在我们的身体里,通常是有很多神经元参与决策的。那么这么多的神经元的输出信息如何给他们解码呢?首先,介绍一下蟋蟀(cricket)的cercal cell。

cricket对于空气的流动非常敏感。这些信息能够帮助他们躲避移动的捕食者(predator)或者飞行的苍蝇拍(swatter)。 他们可以依靠一个像天线一样的结构看到这些移动的东西,英文叫cerci,这个东西长在在腹部的背后。 这个结构将风的速度转换为电信号,协助蟋蟀来完成躲避的动作。


上图表示了不同的神经元所出现的不同的firing rate。有意思的事情是,在这些众多的神经元中,只有这四种曲线。神经元只在四哥个角度达到最大值,而这四个角度恰好是45度,135度,225度和315度。将这四个方向作为坐标系,如下图所示:


c1表示的是45度,以此类推。上边的曲线可以近似的用cos函数来表示,那么,对于不同类型的神经元来说,就相当于将cos函数做平移然后只取他正的部分啦。比如对于45度的这个曲线,我们可以用这个方程来表达:


其中Sa表示的是45,方程左边是对于firing rate做了归一化的处理。从几何上来解释,归一化的firing rate实际上是对风的速度在制定的坐标轴上做投影。如果将v的模值设为

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