Analyse und Klassifikation multivariater neuronaler Zellableitungen: Spikes und lokale Feldpotentiale

H.Haan, Institut für Biophysik, Arbeitsgruppe Hirnforschung
Prof. Dr. J. Krüger, Institut für Biophysik, Arbeitsgruppe Hirnforschung
Dr. J. Timmer, FDM, Fakultät für Physik
Prof. Dr. J. Honerkamp, FDM, Fakultät für Physik

Bisherige Arbeiten:

Analyse multivariater Punktprozesse - multineuronale Antwortmuster aus dem visuellen Cortex anaesthesierter Affen auf optische Reize. Segmentierung, Charakterisierung und Klassifikation der Daten mit klassischen Methoden, Hidden-Markov-Modellen (HMM) sowie Darstellung der Struktur in den hochdimensionalen Daten durch Multidimensionale Skalierung (MDS). Mit HMM wurde versucht, Parameter von Reizen durch Betrachtung der Pfade in der Übergangsmatrix zu identifizieren (1). Struktur in den multivariaten neuronalen Antwortmustern (Objekte) verbirgt sich im Hochdimensionalen. Das explorative Verfahren der MDS wird benutzt, um diese Struktur aufzudecken und Ähnlichkeiten der Antwortmuster auf verschiedene optische Reize zu untersuchen. Verschiedene Modelle der MDS wurden getestet. Paarweise Unähnlichkeiten der Objekte werden in einen niederdimensionalen Raum eingebettet. Die wesentliche Struktur ist im R<=3 sichtbar.

Aktuelle und zukünftige Arbeiten:

Die MDS wird benutzt, um Struktur in Spikedaten zu erkunden. Die Topologie der skalierten Daten wird mit der Topologie der gezeigten optischen Reize in Zusammenhang gebracht (2). Seit kurzem zeichnen wir neben den Spikes auch lokale Feldpotentiale auf. Diese multivariaten Zeitreihen werden segmentiert, charakterisiert und klassifiziert und im Zusammenhang mit den registrierten Spikes betrachtet. Dabei ermöglicht die Arbeit mit den wachen Versuchstieren viel interessantere Fragestellungen, stellt aber auch höhere Anforderungen an die Datenauswertung. Kann aus den Daten der Zeitpunkt von Augenbewegungen entnommen werden und vor allem: kann aus den Daten ein Rückschluß auf gesehene optische Reize oder innere Hirnzustände gezogen werden? Bei einem Versuchstier wurden starke Oszillationen im lokalen Feldpotential entdeckt, die der Farbe gezeigter Objekte zuordnen werden konnten (3). Ein Zusammenhang der lokalen Feldpotentiale zu Spikes an den abgeleiteten Neuronen konnte bisher nicht nachgewiesen werden.

Veröffentlichung:

(1)
G. Radons, J. D. Becker, B. Dülfer, J. Krüger:
Analysis, classification and coding of multielectrode spike trains with Hidden Markow Models. Biol. Cybern. 71: 359-373 (1994)
(2)
H. Haan, J. Timmer, J. Krüger:
Multineuronal Spike Patterns: Visualization of relationships by Multidimensional Scaling, in N. Elsner, R. Menzel (Hrsg.) Learning and Memory. Georg Thieme Verlag p. 475 (1995)
(3)
J. Krüger, I. Bondar, H. Haan:
Recording from foveal striate cortex while the monkey is looking at the stimulus. in B. Kappen, S. Gielen (eds.) Neural networks: artificial intelligence and industrial applications. Springer, Berlin Heidelberg New York (1995)

Author: Hubertus Haan, haan@ruf.uni-freiburg.de 10.6.96
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