Reading out neural populations: shared variability, global fluctuations and information processing

Abstract

Entendre l'origen i la funció de l'activitat de poblacions neuronals, i com aquesta activitat es relaciona amb els estímuls sensorials, les decisions o les accions motores és un gran repte per les neurociències. En aquest treball hem analitzat l'activitat de desenes de neurones enregistrades a l'escorça visual primària de micos mentre se'ls presentaven escletxes sinusoïdals en diferents orientacions. Hem trobat que les fluctuacions globals de la xarxa mesurades mitjançant l'activitat de la població modulen la selectivitat de les neurones de forma multiplicativa i additiva. A més, l'activitat de la població també afecta la informació present en grups petits de neurones, depenent de la modulació que ha provocat a la selectivitat d'aquestes. La informació de la població sencera, però, no canvia amb aquestes fluctuacions. A la segona part hem desenvolupat un mètode per mesurar 'correlacions diferencials' amb dades limitades. En aplicar-ho a les dades experimentals hem aconseguit la primera estimació preliminar de la grandària d'aquestes correlacions que limiten la informació. Els nostres resultats contribueixen a l'avenç en la comprensió de la codi ficació d'informació en poblacions neuronals, i alhora generen noves preguntes sobre com aquestes processen i transmeten informació.

Entender el origen y la función de la actividad de poblaciones neuronales, y cómo esta actividad se relaciona con los estímulos sensoriales, las decisiones o las acciones motoras es un gran desafio en neurociencia. En este trabajo hemos analizado la actividad de decenas de neuronas registradas en la corteza visual primaria de monos mientras rejillas sinusoidales en diferentes orientaciones eran presentadas. Hemos encontrado que las fluctuaciones globales de la red medidas mediante la actividad de la población modulan la selectividad de las neuronas de manera multiplicativa y aditiva. Además, la actividad de la población también afecta a la información presente en grupos pequeños de neuronas, dependiendo de la modulación que ha provocado en la selectividad de estas neuronas. La información en la población completa, sin embargo, no varía con estas fluctuaciones. En la segunda parte hemos desarrollado un método para medir 'correlaciones diferenciales' con datos limitados. Al aplicarlo a los datos experimentales hemos obtenido la primera estimación preliminar del tamaño de estas correlaciones que limitan la información. Nuestros resultados contribuyen al avance del entendimiento sobre la codi ficación de la información en poblaciones neuronales, y al mismo tiempo generan más preguntas sobre cómo éstas procesan y transmiten información.

Understanding the sources and the role of the spiking activity of neural populations, and how this activity is related to sensory stimuli, decisions or motor actions is a crucial challenge in neuroscience. In this work, we analyzed the spiking activity of tens of neurons recorded in the primary visual cortex of macaque monkeys while drifting sinusoidal gratings were presented in di erent orientations. We found that global uctuations of the network measured by the population activity a ect the tuning of individual neurons both multiplicatively and additively. Population activity also has an impact in the information of small ensembles, which depends on the kind of modulation that the tuning of those neurons undergoes. Interestingly, the total information of the network is not altered by these uctuations. In the second part, we developed a method to measure 'di erential correlations' from limited amount of data, and obtained the rst, although preliminary, estimate in experimental data. Our results have important implications for information coding, and they open new questions about the way information is processed and transmitted by the spiking activity of neural populations.