A latent variable model for quantifying social behavior in rodents

用于量化啮齿类动物社会行为的潜变量模型

基本信息

  • 批准号:
    10535865
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 3.08万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2022-09-17 至 2025-09-16
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

PROJECT SUMMARY Computational methods for quantifying mammalian natural behavior, including social interactions, are crucial for developing a sophisticated understanding of the neural basis of behavior. Yet a full description of behavior consists of much more than an animal’s actions. External cues (such as the actions of a social partner) drive our behavioral responses, and our responses to those cues can depend on context, our internal mental state, and prior experience. We may approach an individual when we feel safe, or attack that same individual when we feel threatened. The resulting complexity makes natural behavior — and social interactions in particular — challenging to study. To overcome this barrier, I propose to develop broadly applicable models to predict natural and social behavioral dynamics in mice based on changing external cues and internal states. These models will use unsupervised learning techniques to quantify and predict complex patterns of behavior in an interpretable manner while linking social behaviors to changes in neural activity across multiple timescales. Together, these models will provide an unprecedented view of how different neural populations encode the internal states that shape social behaviors as they unfold over time. The first aim is to fit a set of increasingly complex datasets with flexible latent-state models that describe how natural and social behaviors arise in response to factors such as external cues and time-varying internal states. In the second aim, I will apply this modeling framework to calcium recordings in dopaminergic projections to the Nucleus Accumbens and Tail of the Striatum as well as glutamatergic cell bodies in the Lateral Habenula — all neural populations shown to respond in social contexts. I will determine how these neural populations differentially encode sensory inputs, internal states, and behavioral outputs. I will also examine how the activity in each neural population correlates with transitions between different behaviors and internal states and how these representations change with experience. The proposed work will break new ground by applying novel computational tools and sophisticated, unsupervised behavioral quantification methods to discover the internal and external variables that shape natural behaviors as well as the underlying neural correlates of social interactions. Together, the new computational modeling techniques that I am proposing will advance several goals of the NIMH Theoretical and Computational Neuroscience Program: they (1) contain distinct levels of analysis, (2) link neuronal and behavioral processes, (3) enhance predictions of high-resolution behavioral data along with neural units of analysis, and (4) provide effective explanatory techniques and methods of interpretation for their results.
项目概要 量化哺乳动物自然行为(包括社交互动)的计算方法对于 发展对行为的神经基础的复杂理解以及对行为的完整描述。 驱动我们的不仅仅是动物的行为。 行为反应以及我们对这些线索的反应可能取决于背景、我们的内部心理状态和 当我们感到安全时,我们可能会接近某个人,或者当我们感到安全时,我们可能会攻击同一个人。 由此产生的复杂性使得自然行为——尤其是社交互动——受到威胁。 为了克服这一障碍,我建议开发广泛适用的模型来预测自然。 这些模型将基于外部线索和内部状态的变化来研究小鼠的社会行为动力学。 使用无监督学习技术以可解释的方式量化和预测复杂的行为模式 方式,同时将社会行为与跨多个时间尺度的神经活动的变化联系起来。 模型将为不同的神经群体如何编码内部状态提供前所未有的视角 随着时间的推移塑造社会行为,第一个目标是适应一组日益复杂的数据集。 灵活的潜在状态模型,描述自然和社会行为如何响应以下因素而出现 在第二个目标中,我将把这个建模框架应用于钙。 伏核和纹状体尾部的多巴胺能投射记录以及 外侧缰核中的谷氨酸能细胞体——所有神经群体都显示出在社会环境中做出反应。 我将确定这些神经群体如何对感觉输入、内部状态和行为进行差异编码 我还将研究每个神经群体的活动如何与不同神经群体之间的转换相关。 行为和内部状态以及这些表征如何随着经验而变化。 通过应用新颖的计算工具和复杂的、无监督的行为来开辟新天地 量化方法来发现塑造自然行为的内部和外部变量以及 社会互动的潜在神经关联。 我提议将推进 NIMH 理论和计算神经科学计划的几个目标: 它们 (1) 包含不同级别的分析,(2) 连接神经和行为过程,(3) 增强预测 高分辨率行为数据以及神经分析单元,以及(4)提供有效的解释 解释其结果的技术和方法。

项目成果

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