Невозобновляющаяся статистика рядов импульсов афферентов электрорецепторной системы: значение для обнаружения слабых сенсорных сигналов

Способность животного обнаруживать слабые сенсорные сигналы частично ограничена статистическими флуктуациями импульсной активности афферентных нервных волокон. У слабых электрических рыб афференты электрорецепторной системы, кодирующие вероятность (афференты P-типа), кодируют амплитудные модуляции собственного электрического поля рыбы и предоставляют информацию, необходимую для электролокации. В настоящем исследовании охарактеризованы статистические свойства фоновой импульсной активности афферентов P-типа у бурого призрачного ножа Apteronotus leptorhynchus. Кратковременная вариабельность, оцениваемая по распределению межимпульсных интервалов (ISI), является умеренно высокой: средний коэффициент вариации ISI составляет 44%. Однако анализ вариабельности последовательности импульсов на более длительных временных масштабах выявляет замечательную степень регулярности. Регуляризующий эффект максимален на временных масштабах порядка нескольких сотен миллисекунд, что соответствует функционально значимым временным масштабам естественного поведения, например обнаружения добычи. С помощью анализа интервалов высоких порядков, анализа числа импульсов и анализа порядка Марковской зависимости мы показываем, что наблюдаемая регуляризация связана с эффектами памяти в последовательности ISI, возникающими вследствие underlying невозобновляющегося процесса. В большинстве случаев для адекватного описания зависимостей требовался Марковский процесс как минимум четвертого порядка. Используя парадигму идеального наблюдателя, мы показываем, что регуляризация последовательности импульсов может существенно повышать эффективность обнаружения слабых сигналов. Это исследование подчеркивает важность характеристики вариабельности последовательностей импульсов на нескольких временных масштабах, особенно при рассмотрении пределов обнаруживаемости слабых сенсорных сигналов.