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神经活动通常被认为组织在嵌入高维状态空间中的低维结构之上。持续同调能够直接从成对相关性的模式中读取这类结构，而无需预先假定哪些变量是相关的。我们将持续同调应用于人源（Lancaster）和小鼠源（Pac{ś}ca）皮层类器官自发活动的微电极阵列（MEA）记录，这些记录涵盖了同时分选得到的 $26$--$234$ 个单元，并考察拓扑数据分析是否能够在神经记录实际提供的节点数量下分辨出结构。 通过在相关性空间中构建加权网络，并利用 Vietoris--Rips 滤过对其进行表征，我们发现第一同调（$H_1$，环）在 $18$ 组数据中的 $14$ 组里显著高于一个保持放电率和群体特征不变的零模型。该环结构占据了一个非冗余核心：它对单元的随机移除具有稳健性，但会因承载该结构的单元被定向移除而受到破坏。拓扑丰富性随网络规模增长，而第二同调（$H_2$）仅在较大的网络中才显著高于零模型。这些结果表明，持续同调能够在实验实际提供规模的神经记录中分辨出具有组织性的拓扑结构。
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摘要 信息/历史 指标 预览 PDF 摘要 神经活动通常被认为组织在嵌入高维状态空间的低维结构之上。持续同调能够直接从成对相关性的模式中读取此类结构，而无需预先假定哪些变量是相关的。我们将持续同调应用于人类（Lancaster）和小鼠（Pa\c{s}ca）皮层类器官自发活动的微电极阵列（MEA）记录，这些记录涵盖了 $26$--$234$ 个同时分选的单元，并考察拓扑数据分析是否能够在神经记录实际提供的节点数量下解析出结构。通过在相关性空间中构建加权网络并利用 Vietoris--Rips 过滤对其进行表征，我们发现，在 18 个数据集中有 14 个数据集的一阶同调（$H_1$，环）显著高于一个保持放电率和群体特征不变的零模型。该环结构占据一个非冗余核心：它对单元的随机移除具有稳健性，但会因移除承载该结构的单元而受到破坏。拓扑丰富性随网络规模增大而增长，而二阶同调（$H_2$）仅在较大的网络中才显著高于零模型。这些结果表明，持续同调能够在实验实际提供尺度的神经记录中解析出具有结构性的拓扑。
利益冲突声明 作者声明不存在竞争性利益。
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发布于 2026 年 7 月 19 日。 下载 PDF 电子邮件 感谢您有意帮助传播 bioRxiv 的内容。 您的电子邮件 * 您的姓名 * 发送至 * 请输入多个地址，每行一个，或用逗号分隔。 您将通过电子邮件发送以下内容 脑类器官自发活动中涌现的拓扑结构 邮件主题 （您的姓名）已从 bioRxiv 转发了一个页面给您 邮件正文 （您的姓名）认为您可能希望查看 bioRxiv 网站上的这个页面。 您的个人留言 验证码 此问题用于测试您是否为人工访问者，并防止自动化垃圾信息提交。 分享
脑类器官自发活动中涌现的拓扑结构 Eve Bodnia， Margaux Basart， Sofie Hai， Lenzie Ford， Nina Miolane， Kenneth S Kosik， Dirk Bouwmeester， Lincoln D Carr
bioRxiv 2026.07.17.739228； doi： https://doi.org/10.64898/2026.07.17.739228
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脑类器官自发活动中涌现的拓扑结构 Eve Bodnia， Margaux Basart， Sofie Hai， Lenzie Ford， Nina Miolane， Kenneth S Kosik， Dirk Bouwmeester， Lincoln D Carr
bioRxiv 2026.07.17.739228； doi： https://doi.org/10.64898/2026.07.17.739228
📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.07.17.739228v1?rss=1
🏷️ 脑类器官 持续同调 拓扑数据分析 微电极阵列 自发神经活动