1 Información categórica y temporal en el código neuronal Inés Samengo y Hugo G. Eyherabide Centro Atómico Bariloche e Instituto Balseiro

2 Patrones de disparo como detectores de rasgos: Ejemplo 1 Apteronotus leptorhynchus

3 Patrones de disparo como detectores de rasgos: Ejemplo 1 Patrón 1 Patrón 2 Patrón 3

4 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.

5 Patrones de disparo como detectores de rasgos: Ejemplo 2 Eyherabide et al. Frontiers, 2008, 2009.

6 Patrones de disparo como detectores de rasgos: Ejemplo 2 Pattern 1 Pattern 2 Pattern 3 Pattern 4

7 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.

8 Aspectos de la respuesta que codifican información ¿Qué aspectos de la respuesta neuronal codifican información del estímulo?

9 Gawne, Kjaer, Richmond, J Neurophysiology, 1996 Un código neuronal basado en latencia y nro. de spikes

10 Gawne, Kjaer, Richmond, J Neurophysiology, 1996 Un código neuronal basado en latencia y nro. de spikes

11 ¿Cómo identificar un aspecto relevante? TOTAL ASPECTO Un aspecto relevante: uno que por sí sólo transmite mucha información. uno que al ser eliminado induce una gran pérdida de información TOTAL SIN ASPECTO TOTAL ASPECTO Un aspecto irrelevante: uno que por sí sólo transmite poca información uno que al ser eliminado induce una pequeña pérdida de información SIN ASPECTO

12 Aspectos relevantes usando el primer criterio Gollisch and Meister, Science, 2008

13 Aspectos relevantes utilizando el segundo criterio Gaudry and Reinagel, Network, 2008. INFORMACIÓN TOTAL INFORMACIÓN TEMPORAL INFORMACIÓN DE PATRONES

14 Información Mutua: una medida de correspondencia estadística YX x1x1 x2x2 x3x3 y1y1 y2y2 y3y3 H(X) = -  p(x i ) Log p(x i ) I = H ( X ) – H ( X | Y ) = H ( Y ) – H ( Y | X )

15 Cuantificando las informaciones categórica y temporal

16 Eligiendo la representación

17 Categorical and Temporal information: Definitions ESTÍMULORESPUESTA CATEGORÍA DEL PATRÓN TIMING DEL PATRÓN I (C, S) I (T, S)

18 Información categórica y temporal: un ejemplo + Ruido temporal + Ruido categórico

19 Información categórica y temporal: un ejemplo Sin ruido categóricoCon ruido categórico Sin ruido temporal Con ruido temporal TOTAL TEMP TOTAL TEMP CA CAT

20 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 ESTÍMULORESPUESTA

21 Información categórica y temporal: otros ejemplos.

22 Información categórica y temporal: otro ejemplo

23 Información categórica y temporal: otro ejemplo. INFORMACIÓN TEMPORAL INFORMACIÓN CATEGÓRICA

24 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.

25 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 TOTALFEATUE 1 FEATURE 2  1 2 1 2 1 2     x x

26 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 TOTALFEATUE 1 FEATURE 2  1 2 1 2 1 2     x x

27 Información acerca del QUÉ e información acerca del CUÁNDO RESPUESTA CATEGORÍA DEL PATRÓN TIMING DEL PATRÓN ESTÍMULO QUÉ CUÁNDO S = (S T, S C )R = (C, T)

28 El QUÉ y el CUÁNDO en el estímulo

29 Fácil segmentación de frecuencia y amplitud Fácil segmentación de presión de aire El QUÉ y el CUÁNDO en el estímulo

30 Información categórica y temporal: Relación con el QUÉ y el CUÁNDO. RESPUESTA CATEGORÍA DEL PATRÓN TIMING DEL PATRÓN ESTÍMULO QUÉ CUÁNDO

31 Información categórica y temporal: el codificador ideal. I ( T ; S C | S T ) = 0 I ( C ; S T | S C ) = 0 I ( T ; S) = I ( T ; S T )  H ( S T ) I ( C ; S) = I ( T ; S C )  H ( S C ) I ( T C ; S) = I ( T ; S T ) + I ( T ; S C ) +   ≥ - I (S T ; S C ) LA REDUNDANCIA ESTÁ ACOTADA POR LA REDUNDANCIA DEL ESTÍMULO RESPUESTA CATEGORÍA DEL PATRÓN TIMING DEL PATRÓN ESTÍMULO QUÉ CUÁNDO

32 Conclusiones En un codificador ideal, la información categórica representa el qué la información temporal representa el cuándo. En un código neuronal arbitrario, no existen relaciones generales. La relevancia o la irrelevancia de un aspecto puede referirse a el aspecto considerado aisladamente (criterio 1) su relación con otros aspectos (criterio 2).

33 Generalización RESPUESTA CATEGORÍA DEL PATRÓN TIMING DEL PATRÓN ESTÍMULO QUÉ CUÁNDO -Los dos aspectos no necesitan ser TIEMPO y CATEGORÍA -El objetivo es encontrar aspectos que sean lo más independientes posible.

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