Mapping Sub-Second Structure in Mouse Behavior | Neuron (2015)
Alexander B. Wiltschko, Matthew J. Johnson, Giuliano Iurilli, Ralph E. Peterson, Jesse M. Katon, Stan L. Pashkovski, Victoria E. Abraira, Ryan P. Adams, Sandeep Robert Datta
https://doi.org/10.1016/j.neuron.2015.11.031
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動物の行動は進化の過程で生存率を上げるようなパターン的な行動に変容される
では、どのような神経回路によってこのパターン化された行動が作られるのか?
これを理解するには行動が時間的にどのように構成されているかを知る必要がある
動物行動学では、首尾一貫した行動は単純な行動を特定の順序で並べることで作られると考えられている
では、この単純な行動の順序というものをどのように観察から見出すことができるのか?
この論文では、Computer Vision; CVと機械学習(Machine Learning; ML)で自動化したシステムでこれを明らかにする。
Naa_tsure.icon例えば、JAABAはすでにアノテーションを自動化していたが、これとの違いは何?
Naa_tsure.iconこの手法は教師あり学習(Supervised Learning)なので人間が意味のある行動を指定する必要がある
Naa_tsure.iconこれでは正解データを与えていない新しい行動を発見することができない
動物の行動を構成する単純な行動モジュールを特定するにあたって問題が3つある
行動モジュールの分類にどの特徴量が重要なのか
Naa_tsure.iconこれはとりあえず全部入れて次元削減(Dimensionality reduction)すれば良いのでは?と思ってしまう
Naa_tsure.iconMapping the stereotyped behaviour of freely moving fruit flies | Journal of The Royal Society Interface (2014)
時空間スケールをどのように設計するか
Naa_tsure.icon動物の行動は複数の時間スケールの行動が同時進行しているように思える
時間や個体ごとにもパターン化された行動に差がある
Naa_tsure.icon逆にどの程度固定化された行動なのかの指標とも言える
ここでは、人間が作る正解データなしに、
動物の行動モジュールの特定
行動モジュール間の遷移確率の推定
を行うシステムを紹介する
自由行動下のマウスを様々な環境で3次元イメージングし(深度カメラ)、マウスのポーズを記録
このデータに対して統計モデリングを行い、行動が複数のパターン化されたポーズから構成されることを示した
自己回帰隠れマルコフモデル(AR-HMM)では、
各行動モジュールを自己回帰(Auto-regressive ; AR)モデルで表現
Naa_tsure.iconこれは本文における早い時間スケールにあたる
行動モジュールの変更を隠れマルコフモデル(Hidden Markov Model; HMM)で表現
Naa_tsure.iconこちらが遅い時間スケール
この2つの時間スケールを持つモデルが他のモデルと比べて一番未知のデータをうまく説明していた
これは実際にマウスが2つの時間スケールの行動を行っていることを示唆する
詳細は /NaaStation/Mapping Sub-Second Structure in Mouse Behavior | Neuron (2015)
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変化点検出(Change Point detection)
自己相関(autocorrelation)
ウィナーフィルタ(Winner Filter)
ウェーブレット変換(Wavelet transformation)
主成分分析(principal component analysis; PCA)
テンプレートマッチング法(template matching method)
ノンパラメトリックベイズ
マルコフ連鎖モンテカルロ法(Markov chain Monte Carlo; MCMC)
ギブズサンプリング
自己回帰(Auto-regressive ; AR)
隠れマルコフモデル(Hidden Markov Model; HMM)
混合ガウスモデル (Gaussian Mixture Model; GMM)
MoSeq(Motion Sequencing)
教師なし学習(Unspervised Learning)
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Wiltschko, Alexander B., et al. "Mapping sub-second structure in mouse behavior." Neuron 88.6 (2015): 1121-1135.
#2023/6/23
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