Identifying cell types and understanding their functional properties is crucial for unraveling the mechanisms underlying perception and cognition. In the retina, functional types can be identified by carefully selected stimuli, but this requires expert domain knowledge and biases the procedure towards previously known cell types. In the visual cortex, it is still unknown what functional types exist and how to identify them. Thus, for unbiased identification of the functional cell types in retina and visual cortex, new approaches are needed. Here we propose an optimization-based clustering approach using deep predictive models to obtain functional clusters of neurons using Most Discriminative Stimuli (MDS). Our approach alternates between stimulus optimization with cluster reassignment akin to an expectation-maximization algorithm. The algorithm recovers functional clusters in mouse retina, marmoset retina and macaque visual area V4. This demonstrates that our approach can successfully find discriminative stimuli across species, stages of the visual system and recording techniques. The resulting most discriminative stimuli can be used to assign functional cell types fast and on the fly, without the need to train complex predictive models or show a large natural scene dataset, paving the way for experiments that were previously limited by experimental time. Crucially, MDS are interpretable: they visualize the distinctive stimulus patterns that most unambiguously identify a specific type of neuron.


翻译:识别细胞类型并理解其功能特性对于揭示感知和认知的机制至关重要。在视网膜中,功能性类型可以通过精心挑选的刺激来识别,但这需要专业领域知识,并且偏向于已知的细胞类型。在视觉皮层中,尚不清楚存在哪些功能类型以及如何识别它们。因此,为了无偏地识别视网膜和视觉皮层中的功能性细胞类型,需要新的方法。在此,我们提出一种基于优化的聚类方法,利用深度预测模型,通过最具判别性的刺激(MDS)获得神经元的功能聚类。我们的方法在刺激优化与聚类重新分配之间交替进行,类似于期望最大化算法。该算法在小鼠视网膜、狨猴视网膜以及猕猴视觉区域V4中恢复了功能聚类。这表明我们的方法能够成功地在不同物种、视觉系统阶段和记录技术中找到判别性刺激。由此产生的最具判别性的刺激可用于快速且即时地分配功能性细胞类型,而无需训练复杂的预测模型或展示大型自然场景数据集,从而为先前受限于实验时间的实验铺平了道路。关键的是,MDS是可解释的:它们将最明确识别特定类型神经元的独特刺激模式可视化。

0
下载
关闭预览

相关内容

【ACL2020】多模态信息抽取,365页ppt
专知会员服务
151+阅读 · 2020年7月6日
专知会员服务
55+阅读 · 2020年3月16日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
基于深度元学习的因果推断新方法
图与推荐
12+阅读 · 2020年7月21日
【ICML2020】图神经网络谱聚类
专知
10+阅读 · 2020年7月7日
灾难性遗忘问题新视角:迁移-干扰平衡
CreateAMind
17+阅读 · 2019年7月6日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
利用动态深度学习预测金融时间序列基于Python
量化投资与机器学习
18+阅读 · 2018年10月30日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
基于LDA的主题模型实践(三)
机器学习深度学习实战原创交流
23+阅读 · 2015年10月12日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2016年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2016年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
最新内容
无人机自主控制与人工智能:系统性综述
专知会员服务
10+阅读 · 今天7:25
巡飞弹与反无人机系统——现代战场的两大支柱
专知会员服务
3+阅读 · 今天6:54
《打造“黄金舰队”》57页报告
专知会员服务
3+阅读 · 今天6:52
《北约数字教官网络发展路径》128页报告
专知会员服务
2+阅读 · 今天6:33
ECCV 2026 | MIMFlow:MIM与归一化流统一图像生成
专知会员服务
7+阅读 · 6月25日
网状网络及其在军事领域的运用
专知会员服务
7+阅读 · 6月25日
无美国参与的欧洲战争方式(万字长文)
专知会员服务
8+阅读 · 6月25日
《国防领域敏感性分析白皮书》
专知会员服务
9+阅读 · 6月25日
综述 | 从问答到任务完成:Agent系统与Harness设计
专知会员服务
10+阅读 · 6月24日
Agentic RL:框架、实践与长程智能体训练
专知会员服务
10+阅读 · 6月24日
相关资讯
基于深度元学习的因果推断新方法
图与推荐
12+阅读 · 2020年7月21日
【ICML2020】图神经网络谱聚类
专知
10+阅读 · 2020年7月7日
灾难性遗忘问题新视角:迁移-干扰平衡
CreateAMind
17+阅读 · 2019年7月6日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
利用动态深度学习预测金融时间序列基于Python
量化投资与机器学习
18+阅读 · 2018年10月30日
disentangled-representation-papers
CreateAMind
26+阅读 · 2018年9月12日
基于LDA的主题模型实践(三)
机器学习深度学习实战原创交流
23+阅读 · 2015年10月12日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2016年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2016年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员