Спектрально-временное рецептивное поле

Спектрально -временное рецептивное поле или пространственно-временное рецептивное поле (STRF) нейрона показывает , какие типы стимулов возбуждают или подавляют этот нейрон. ^[1] «Спектрально-временной» чаще всего относится к слуху, где реакция нейрона зависит от частоты и времени, тогда как «пространственно-временной» относится к зрению, где реакция нейрона зависит от пространственного расположения и времени. Таким образом, это не совсем одно и то же понятие, но оба называются STRF и играют схожую роль в анализе нейронных реакций.

Если предположить линейность , то нейрон можно смоделировать как имеющий изменяющуюся во времени частоту активации, равную свертке стимула с STRF.

Слуховые STRF

Пример STRF здесь относится к слуховому нейрону из области CM (каудальной медиальной) самца зебровой амадины , когда он проигрывает пение птиц своего вида . Цвет этого графика показывает влияние звука на этот нейрон: этот нейрон имеет тенденцию возбуждаться звуком от примерно 2,5 кГц до 7 кГц, услышанным животным 12 мс назад, но он тормозится звуком в том же частотном диапазоне примерно 18 мс назад.

STRF, созданный с помощью STRFPAK.

Визуальные STRF

Видеть

• Дарио Л. Рингач Рецептивные поля в первичной зрительной коре макаки. Пространственная структура и симметрия простых клеток (2002)
• JH van Hateren и DL Ruderman Независимый компонентный анализ последовательностей естественных изображений дает пространственно-временные фильтры, похожие на простые клетки в первичной зрительной коре (2002)

Идеализированные вычислительные модели для слуховых рецептивных полей

Вычислительная теория ранних слуховых рецептивных полей может быть выражена на основе нормативных физических, математических и перцептивных аргументов, что позволяет аксиоматически вывести слуховые рецептивные поля в два этапа: ^[2]

• первая стадия временных рецептивных полей, соответствующих идеализированной модели улитки, смоделированной как оконное преобразование Фурье с функциями Габора в случае некаузального времени или функциями гамматона, альтернативно обобщенными функциями гамматона для истинно причинно-временной модели, в которой будущее не может быть доступно,
• второй слой спектрально-временных рецептивных полей, смоделированных как гауссовские функции в логарифмически-спектральной области, и либо гауссовские ядра во времени в случае некаузального времени, либо интеграторы первого порядка (усеченные экспоненциальные ядра), соединенные каскадом в случае истинно временных причинных операций.

Эти формы функций рецептивного поля в этих моделях могут быть определены по необходимости из структурных свойств окружающей среды в сочетании с требованиями к внутренней структуре слуховой системы, чтобы обеспечить теоретически обоснованную обработку звуковых сигналов в различных временных и логарифмически-спектральных масштабах. ^[2]

Ссылки

1. Жан Пьер Ришар; Ганс-Иоахим Леппельсак; Мартин Хаусбергер (1995), «Метод быстрой корреляции для анализа спектрально-временных рецептивных полей слуховых нейронов», Журнал методов нейронауки , 61 (1–2): 99–103, doi :10.1016/0165-0270(95)00029-T, PMID  8618431, S2CID  40813974
2. Линдеберг, Т. и Фриберг, А. Идеализированные вычислительные модели слуховых рецептивных полей, PLOS ONE, 10(3): e0119032, страницы 1-58, 2015