Reading out neural populationsShared variability, global fluctuations and information processing

Resumen

ENG 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 different orientations. We found that global fluctuations of the network measured by the population activity affect 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 fluctuations. In the second part, we developed a method to measure 'differential correlations' (Moreno-Bote et al., 2014) from limited amount of data, and obtained the first, 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. EUSK Populazio neuronalek erakusten duten aktibitatearen jatorria eta\\ funtzioa ulertzea, eta aktibitate hau nola lotzen den kanpoko estimulu sentsorialekin, erabakiekin edo ekintza motorrekin, erronka garrantzitsua da neurozientzietan. Lan honetan, tximinoen ikusmen garun-azal primarioan erregistratutako neuronen aktibitatea aztertu dugu, tximinoei orientazio ezberdinetako sareta sinusoidalak aurkezten zitzaizkien bitartean. Populazio osoaren aktibitatearen bidez neurtutako sarearen fluktuazio orokorrek neuronen selektibitatea modulatzen dutela ikusi dugu, modu biderkor eta batukorrean. Gainera, fluktuazio hauek neurona talde txikien informazioa ere aldatzen dute, neurona horien selektibitatean duten eraginaren arabera. Populazio osoak daraman informazioa, baina, ez da aldatzen aktibitate orokorarrekin. Bigarren zatian datu murritzetan korrelazio diferentzialak (Moreno-Bote et al., 2014) neurtzeko modu bat garatu dugu, eta datu experimentaletara aplikatuz informazioa mugatzen duten korrelazio hauen lehen behin-behineko estimazioa lortu dugu. Erdietsitako emaitzek informazioaren kodifikazioaren ulermenean aurreratzeko balio dute, eta aldi berean galdera gehiago sustatzen dituzte populazio neuralen aktibitateak informazioa prozesatu eta garraiatzen duen moduaren gainean. CAST Entender el origen y la función de la actividad de poblaciones neuronales, y cómo está actividad se relaciona con los estímulos sensoriales, las decisiones o las acciones motoras es un gran desafío 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 fluctuationes. En la segunda parte hemos desarrollado un método para medir 'correlaciones diferenciales' (Moreno-Bote et al., 2014) 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 codificación de la información en poblaciones neuronales, y al mismo tiempo generan más preguntas sobre cómo éstas procesan y transmiten información. CAT Entendre l'origen i la funció de la activitat de poblacions neuronals, i com aquesta activitat es relaciona amb els estimuls sensorials, les decisions o les acciones motores és un gran repte per a les neurociències. En aquest treball hem analitzat la activitat de desenes de neurones enregistrades a l'escorça visual primaria de micus mentre se'ls hi presentaven escletxes sinuso\"idals 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 aditiva. A més, l'activitat de la població també afecta a la informació present en grups petits de neurones, depenent de la modulació que ha provocat a la selectivitat d'aquestes. La informació a la població sençera, però, no canvia amb aquestes fluctuacions. En la segona part hem desenvolupat un mètode per a mesurar 'correlacions diferencials' (Moreno-Bote et al., 2014) amb dades limitades. En aplicar-ho a les dades experimentals hem aconseguit la primera estimació preliminar de la grand\`aria d'aquestes correlacions que limiten la informació. Els nostres resultats contribuexen a l'avanç de l'enteniment de la codificació de informació a poblacions neuronals, i alhora generen noves preguntes sobre com aquestes processen i transmeten informació.