群體編碼與神經動力學

高斯過程因子分析(GPFA)

GPFA 藉由結合兩項傳統上分開進行的操作,來擷取平滑、低維的單試驗神經軌跡。因子分析將高維的分箱放電率降維為少數潛在因子,同時明確地建模每個神經元的私有變異;而對每個潛在維度施加的高斯過程先驗,則以從資料學得的時間尺度賦予時間上的平滑性。由於降維與平滑是聯合擬合的,GPFA 能在單一試驗上還原出乾淨的軌跡,而樸素的先分箱再 PCA 做法則不是過度平滑,就是讓低維訊號淹沒於雜訊之中。

GPFA 之所以成為觀察群體動力學的標準第一步,是因為它不需要行為標籤,並讓每個潛在維度擁有自己的平滑度。其假設限定了適用範圍:觀測模型是套用於(通常經平方根轉換的)分箱計數上的線性高斯模型,各潛在變數在先驗上被建模為彼此獨立,且推論是離線且非因果的,因此 GPFA 是一種分析與視覺化工具,而非即時解碼器。當目標是因果的閉迴路估計時,非線性與動力學的後繼方法會放寬這些假設。

套用於延遲伸手資料時,GPFA 將約 100 條鋸齒狀的單試驗脈衝序列,轉化為穿越三維潛在空間的一條平滑路徑,其中通往不同目標的試驗會展開成肉眼可辨的分離軌跡。

單試驗平滑正是 GPFA 有別於在 PCA 前直接平均試驗的關鍵。

又稱
GPFA高斯過程因子分析