Multiscale organization of neuronal activity unifies scale-dependent theories of brain function

生物 功能(生物学) 神经科学 比例(比率) 脑功能 计算生物学 进化生物学 物理 量子力学
作者
Brandon R. Munn,Eli J. Müller,Itia A. Favre‐Bulle,Ethan K. Scott,Joseph T. Lizier,Michael Breakspear,James M. Shine
出处
期刊:Cell [Cell Press]
标识
DOI:10.1016/j.cell.2024.10.004
摘要

Brain recordings collected at different resolutions support distinct signatures of neural coding, leading to scale-dependent theories of brain function. Here, we show that these disparate signatures emerge from a heavy-tailed, multiscale functional organization of neuronal activity observed across calcium-imaging recordings collected from the whole brains of zebrafish and C. elegans as well as from sensory regions in Drosophila, mice, and macaques. Network simulations demonstrate that this conserved hierarchical structure enhances information processing. Finally, we find that this organization is maintained despite significant cross-scale reconfiguration of cellular coordination during behavior. Our findings suggest that this nonlinear organization of neuronal activity is a universal principle conserved for its ability to adaptively link behavior to neural dynamics across multiple spatiotemporal scales while balancing functional resiliency and information processing efficiency.
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