Información categórica y temporalen el código neuronal
Inés Samengo y Hugo G. Eyherabide
Centro Atómico Bariloche e Instituto Balseiro
Patrones de disparo como detectores de rasgos:Ejemplo 1
Apteronotus leptorhynchus
Patrones de disparo como detectores de rasgos:Ejemplo 1
Patrón 1
Patrón 2
Patrón 3
Patrones de disparo como detectores de rasgos:Hipótesis.
Hipótesis de codificación:
•Los distintos patrones representan distiontos estímulo (amplitudes).
•El timing de los patrones representa el timing de los estímulos.
Patrones de disparo como detectores de rasgos:Ejemplo 2
Eyherabide et al.Frontiers, 2008, 2009.
Patrones de disparo como detectores de rasgos:Ejemplo 2
Pattern 1
Pattern 2
Pattern 3
Pattern 4
Patrones de disparo como detectores de rasgos:Hipótesis.
Hipótesis de codificación:
•Los distintos patrones representan distiontos estímulo (amplitudes y duraciones).
•El timing de los patrones representa el timing de los estímulos.
Aspectos de la respuesta que codifican información
¿Qué aspectos de la respuesta neuronal
codifican información del estímulo?
Gawne, Kjaer, Richmond, J Neurophysiology, 1996
Un código neuronal basado en latencia y nro. de spikes
Gawne, Kjaer, Richmond, J Neurophysiology, 1996
Un código neuronal basado en latencia y nro. de spikes
¿Cómo identificar un aspecto relevante?
TOTA
L
TOTA
L
ASPE
CTO
Un aspecto relevante:
uno que por sí sólotransmite mucha información.
uno que al ser eliminado induce una gran pérdida de información
TOTA
L SIN
AS
PECT
O
TOTA
L
ASPE
CTO
Un aspecto irrelevante:
uno que por sí sólotransmite poca información
uno que al ser eliminado induceuna pequeña pérdida de información
SIN
ASPE
CTO
Aspectos relevantesusando el primer criterio
Gollisch and Meister, Science, 2008
Aspectos relevantesutilizando el segundo criterio
Gaudry and Reinagel, Network, 2008.
INFORMACIÓN TOTAL
INFORMACIÓN TEMPORAL
INFORMACIÓN DE PATRONES
Información Mutua:una medida de correspondencia estadística
YX
x1
x2
x3
y1
y2
y3
H(X) = - p(xi) Log p(xi) H(X) = - p(xi) Log p(xi)
I = H ( X ) – H ( X | Y ) = H ( Y ) – H ( Y | X )
Cuantificando las informacionescategórica y temporal
Eligiendo la representación
Categorical and Temporal information:Definitions
ESTÍMULO RESPUESTA
CATEGORÍADEL
PATRÓN
TIMINGDEL
PATRÓN
I (C, S)
I (T, S)
Información categórica y temporal:un ejemplo
+ Ruido temporal
+ Ruido categórico
Información categórica y temporal:un ejemplo
Sin ruido categórico Con ruido categórico
Sin
ruid
o te
mpo
ral
Con
ruid
o te
mpo
ral
TOTA
L
TEM
PTO
TAL
TOTA
L
TOTA
L
TEM
PTE
MP
TEM
PCA
CA
CAT
CAT
Sinergía y Redundancia en las informaciones categórica y temporal
I (S ; C T) = I (S ; C) + I (S; T) +
> 0: sinergía entre T y C
< 0: redundancia entre T y C
puede ser positiva, if I ( S ; T ) = I ( S ; C) = 0
no puede ser negative, if I ( S ; T ) = 0 o I ( S ; C) = 0
ESTÍMULO RESPUESTA
Información categórica y temporal:otros ejemplos.
Información categórica y temporal:otro ejemplo
Información categórica y temporal:otro ejemplo.
INFO
RMAC
IÓN
TEM
PORA
L
INFO
RMAC
IÓN
CATE
GÓ
RICA
Revisión de las Hipótesis
Hipótesis de codificación:
•Distintos patrones representan distintos estímulos (amplitudes).
•El timing de distintos patrones representa el timing de los estímulos.
NO NECESARIAMENTE: PUEDE HABER SINERGÍA O REDUNDANCIA.
Revisión de los criterios de relevancia
Un aspecto relevante
1) uno que por sí solo transmite mucha información.
2)uno que al eliminarse, disminuye mucho la información.
ESTOS CRITERIOS NO SON EQUIVALENTES
TOTAL FEATUE1
FEATURE2
1
2
1
2
1
2
x
x
Un aspecto irrelevante:
1)uno que por sí solo transmite poca información.
2)uno que al eliminarse causa poca pérdida de información
ESTOS CRITERIOS NO SON EQUIVALENTES
Revisión de los criterios de relevancia
TOTAL FEATUE1
FEATURE2
1
2
1
2
1
2
x
x
Información acerca del QUÉe información acerca del CUÁNDO
RESPUESTA
CATEGORÍADEL
PATRÓN
TIMING DEL
PATRÓN
ESTÍMULO
QUÉ
CUÁNDO
S = (ST , SC) R = (C, T)
El QUÉ y el CUÁNDOen el estímulo
0 10 20 30 40
440220
Sou
nd p
ress
ure
Time (ms)
0 10 20 30 40
440440440 220220220220
Sou
nd P
ress
ure
Time (ms)
220 440
Fácil segmentaciónde frecuencia y amplitud
Fácil segmentaciónde presión de aire
El QUÉ y el CUÁNDOen el estímulo
Información categórica y temporal:Relación con el QUÉ y el CUÁNDO.
RESPUESTA
CATEGORÍADEL
PATRÓN
TIMING DEL
PATRÓN
ESTÍMULO
QUÉ
CUÁNDO
Información categórica y temporal:el codificador ideal.
I ( T ; SC | ST ) = 0I ( C ; ST | SC ) = 0
I ( T ; S) = I ( T ; ST ) H ( ST )I ( C ; S) = I ( T ; SC ) H ( SC )
I ( T C ; S) = I ( T ; ST ) + I ( T ; SC ) +
≥ - I (ST ; SC) LA REDUNDANCIA ESTÁ ACOTADA POR LA REDUNDANCIA DEL ESTÍMULO
RESPUESTA
CATEGORÍADEL
PATRÓN
TIMINGDEL
PATRÓN
ESTÍMULO
QUÉ
CUÁNDO
Conclusiones
Generalización
RESPUESTA
CATEGORÍADEL
PATRÓN
TIMINGDEL
PATRÓN
ESTÍMULO
QUÉ
CUÁNDO
-Los dos aspectos no necesitan ser TIEMPO y CATEGORÍA
-El objetivo es encontrar aspectos que sean lo más independientes posible.