Abstract-Mål: Även om optisk avbildning av neuroner med hjälp av fluorescerande genetiskt kodade kalciumsensorer har möjliggjort storskaliga in vivo experiment, sensorernas långsamma dynamik ofta suddar tätt tidsinställda åtgärder potentialer till oskiljbara transienter. Flera tidigare metoder har föreslagits för att uppskatta tidpunkten för enskilda spikar, men de har förbisett det viktiga och praktiska problemet med att uppskatta interspike intervall (ISI) för överlappande transienter. Metoder: Vi använder statistisk detektionsteori för att hitta den minsta detekterbara ISI under olika nivåer av signal-till-brusförhållande (SNR), modell komplexitet och inspelningshastighet. Vi härleder också CramerRao nedre gränser (CRBs) för problemet med ISI uppskattning. Vi använder Monte-Carlo-simuleringar med biologiskt härledda parametrar för att numeriskt erhålla minsta detekterbara ISI och utvärdera prestandan hos våra estimatorer. Dessutom använder vi vår detektor för att skilja överlappande transienter från experimentellt erhållna kalciumavbildningsdata. Resultat: Experiment baserade på simulerade och verkliga data över olika SNR-nivåer och inspelningshastigheter visar att våra algoritmer exakt kan särskilja två fluorescenssignaler med ISI i storleksordningen tiotals millisekunder, kortare än vågformens stigtid. Vår studie visar att de statistiskt optimala ISI-skattarna närmade sig CRB:erna. Slutsats: Vårt arbete tyder på att fullständig analys med hjälp av inspelningshastighet, sensorkinetik, SNR, och sensorns stokastiskt distribuerade svar på åtgärder potentialer kan exakt lösa ISIs mycket mindre än fluorescence vågformens stigande tid i moderna kalciumavbildning experiment. Betydelse: Sådana analyser hjälper inte bara Manuscript mottog november 3, 2017; reviderade december 27, 2017 och februari 14, 2018; accepterade februari 25, 2018 i framtida spik detektionsmetoder, men också i framtida experimentell design när man väljer sensorer för neuronal aktivitet.
I REF föreslås t.ex. att en estimator ska detektera två intilliggande signaler med intersymbolinterferens (ISI) i storleksordningen tiotals millisekunder.
Information-Theoretic Approach and Fundamental Limits of Resolving Two Closely Timed Neuronal Spikes in Mouse Brain Calcium Imaging
{'venue': 'IEEE Transactions on Biomedical Engineering', 'journal': 'IEEE Transactions on Biomedical Engineering', 'mag_field_of_study': ['Computer Science', 'Medicine']}