Местная плотность определяет полный провал выводка на границе видов у двух симпатрических певчих птиц

Мы рассматриваем проектирование кодов с низкой плотностью проверок на четность (LDPC) для данного итеративного декодера. Несмотря на такие инструменты, как прямая симуляция, эволюция плотности (DE) и анализ EXIT-графиков, выбор матрицы проверок на четность остается сложной комбинаторной задачей оптимизации. Существующие подходы часто полагаются на основанные на популяции методы поиска, случайные мутации, генетические алгоритмы или связанные эвристики, которые требуют тщательной настройки параметров и могут быть вычислительно затруднительными. Недавние методы, основанные на градиентном спуске (GD), оптимизируют расслабленные матрицы проверок на четность, дифференцируя через симуляции декодера. Однако такие стратегии с «декодером в петле» полагаются на шумные оценки Монте-Карло, требуют поиска по линии для мягких представлений матриц и остаются дорогостоящими для длинных кодов LDPC. Более того, хотя оптимизация проводится в расслабленной области, потери обычно оцениваются только для матриц проверок на четность с целочисленными значениями. В этой работе мы сосредотачиваемся на проектировании кодов LDPC на основе длинных протографов и предлагаем детерминированную структуру на основе GD, которая работает непосредственно с расслабленным представлением протографа. Каждая ячейка протографа интерпретируется как вероятность того, что соответствующий элемент равен единице. Функция потерь основана на показателе битовой ошибки (BER) в эволюции плотности и может быть непосредственно оценена для расслабленных протографов. Чтобы обосновать это расслабление, мы связываем расслабленное представление с ансамблем двоичных протографов и показываем, что предложенная расслабленная DE дает усредненные показатели DE для ансамбля. В результате оптимизационная процедура полностью автономна и использует стандартные методы GD. Благодаря детерминированной оценке DE и информативным градиентам предложенный подход обеспечивает быструю и надежную сходимость. Численные эксперименты для декодера min-sum показывают, что оптимизированные протографы превосходят коды LDPC 5G с теми же размерами протографов.

Ламинарная организация кортикальных динамик, как полагают, отражает основную архитектуру клеточных типов, но эта связь не была установлена в коре приматов. Здесь мы разработали спектро-омическую структуру, которая позволяет сравнивать ламинарные локальные потенциалы поля и пространственную транскриптомику одиночных клеток в общей системе координат с привязкой к четвертому слою. Вместо того чтобы полагаться на анализ сырой мощности полос, мы использовали локальное спектральное расширение (LSE) — спектроламинарную компонентную модель, которая разбивает карты мощности LFP по частоте и глубине на отдельные компоненты {дельта}, {тета}, {бета}, низкую {гамма} и высокую {гамма}. Затем мы ввели проекцию четвертого слоя (L4P), чтобы развернуть нелинейные кортикальные ленточные транскриптомы в плоские многообразия с привязкой к четвертому слою, совместимые с элекрофизиологическими профилями глубины. В двенадцати сопоставленных областях коры макак предсказатели транскриптомов улучшили хранимое предсказание шести-анатомических уровней спектрального состава, полученного методом LSE, по сравнению с базовой моделью иерархия-плюс-уровень в поэлементной логистической модели: R2 = 0.621 против 0.384; {Delta}R2 = +0.237; r = 0.809 против 0.692. Это преимущество поддерживалось сохраняющими иерархию нулями сдвига/отражения (pshift,R2 = pshift,r = 0.042) и тестом остаточной перестановки по Фридману-Лейну (pFL,R2 = pFL,r = 0.001). Декодирование PLS1 на полной глубине связывало процессы /{бета} с глубокими слоями, особенно L4/5/6 и L6, глутаматергическими программами, обогащенными аксонной, синаптической и миелиновой биологией, в то время как низкие {гамма} и высокие {гамма} процессы были связаны с верхними и средними слоями ГАБА-ергическими/PVALB-обогащенными тормозными программами, а также с возбудимостью, ионной гомеостазой, неминеральными и энергетическими метаболическими сигнатурами. В совокупности, эти наблюдаемые спектро-омические взаимосвязи предполагают, что ламинарная молекулярная и клеточная архитектура образует правдоподобный субстрат для спектроламинарного мотива в коре макак.

Ускоряющаяся глобальная урбанизация требует лучшего понимания того, как управлять городами, способствующими биологическому разнообразию. Однако в настоящее время нам не хватает многолетних, многогородских исследований, что ограничивает общее понимание того, как различия как внутри, так и между городами влияют на пространственную и временную динамику городского биоразнообразия. В данном исследовании мы проверили гипотезы о факторах, влияющих на разнообразие бабочек внутри и между городскими парками, применив байесовские модели заселения к данным общественной науки iNaturalist за пять лет, собранным в 2550 парках в 22 крупнейших городах США. Мы выяснили, что города с большими парками поддерживают больше видов бабочек на парк, включая большее количество видов, избегающих нарушений и границ. Это было вызвано положительным эффектом размера парка на скорость колонизации видов бабочек. Мы также обнаружили, что характеристики качества среды обитания (разнообразие растений в парках и древесная растительность вокруг парков) способствовали заселению бабочек. Связность парков увеличивала сохранение видов, но общий эффект на заселение бабочек варьировался между городами. Наконец, мы обнаружили, что общая площадь древесной растительности в пределах города, а не размер или связность отдельных парков, была основным фактором, определяющим разнообразие на уровне города: увеличение общей площади крон деревьев с ниже среднего (~6%) до выше среднего (~22%) увеличивало общее богатство видов в городе примерно на 10%. Эти результаты подчеркивают необходимость городам поддерживать большие парки, одновременно увеличивая площадь зеленых насаждений на уровне города для поддержания биоразнообразия от местного до регионального масштаба. Путем интеграции данных общественной науки высокого разрешения по всему континентальному США это исследование предоставляет механистическое понимание того, как процессы на разных масштабах формируют динамику городского биоразнообразия, и дает обобщенные рекомендации по улучшению управления охраной природы в городах.

Холинергические интернейроны стриатума (CINs) демонстрируют временную паузу в тоническом firing в ответ на значимые стимулы, что является характерной чертой обучения с подкреплением, которая синхронизируется с процессом обучения. Хотя в этой паузе участвовали таламостриатальные и дофаминергические входы, основные механизмы работы цепей остаются неясными. Здесь мы сочетаем оптогенетику, электрофизиологию и генетические подходы для изучения ингибирующих взаимодействий в сети CIN. Синхронизированная активация CIN в срезах стриатума вызывала мощное обратное ингибирование в CIN, подавляя firing и генерируя паузоподобные ответы. Этот ингибиторный механизм был опосредован рецепторами GABAA и требовал наличия бета2-содержащих никотиновых рецепторов ацетилхолина (бета2-nAChR), и мог быть активирован таламостриатальной активацией. Дофамин не нужен для этой цепи, но модулирует ее через D2 рецепторы. Удивительно, что специфичное для клеточного типа отключение и удаление стриатальных бета2-nAChR исключало локальные GABAергические источники, в то время как ретроградное удаление бета2-nAChR отменяло ингибирование, что указывает на наличие экстрастриатального пути. Эти результаты идентифицируют механизмы дальнодействующего ингибирования, связывающие синхронизированную холинергическую активность с генерацией паузы в стриатальных цепях.

Какое значение имеет биологическая проводка для нейронных вычислений? Поведенческие эксперименты могут проверить правильность выводов модели, но они не могут определить, являются ли ее внутренние представления биологически верными. Брунтон и др. (2026) сделали это конкретным: коннектом червя C. elegans, обученный с помощью глубокого обучения с подкреплением, генерирует реалистичную походку мухи Drosophila, однако модель не имеет биологического смысла, так как достоверность поведения может быть достигнута без биологической достоверности. Нам нужен метрический показатель на уровне популяции, который отличал бы настоящую биологическую проводку от произвольной, не требуя поведенческого декодера. Мы предлагаем представительную геометрию как такой метрический показатель. Представительная геометрия — это структура парных расстояний между ответами популяции на различные стимулы — отражает, как нейронная цепь организует свое представительное пространство независимо от того, какое поведение она вызывает. Мы применяем анализ представительной схожести (RSA) и центрированное выравнивание ядер (CKA) к ансамблю зрительной системы Drosophila melanogaster Flyvis (Лаппалаинен и др. (2024)): 50 сетей, архитектура которых фиксирована на коннектоме Flyvis (восстановленном на основе частичных источников электронной микроскопии), в сравнении с ограниченными по стабильности случайными базelines (перетасовка весов, сохраняющая знак, выборка отклонений для динамической стабильности, n = 50). Сети, ограниченные коннектомом, создают гладкую круговую геометрию направления, которую случайные сети не могут воспроизвести: RSA Спирмен r = 0.686 (p < 0.0001) для стимулов на границе ON и r = 0.846 (p < 0.0001) для стимулов ON+OFF границы, что подтверждается CKA (p < 0.05 в обоих экспериментах). Геометрия также отслеживает биологическую настройку направления T4/T5, зарегистрированную у живых мух (Майсак и др. 2013): геометрия, ограниченная коннектомом, значительно лучше соответствует биологии, чем случайная геометрия (r = 0.930 против r = 0.603, разрыв {triangleup}r = 0.327, p < 0.0001). В пределах каждой полярности стимула путь ON кодирует направление с более сильным геометрическим разделением, чем путь OFF ({triangleup}r = 0.138, 95% CI [0.091, 0.236]); мы сообщаем об этом как о свойстве представлений ансамблей модели, а не как об установленной биологической разнице: Майсак и др. (2013) находят T4 и T5 функционально эквивалентными, кроме полярности контраста. Чтобы устранить смещение в обучении, мы сравнили незатренированные сети с перетасованными базелинами: предшествующий коннектом формирует геометрию направления на уровне ансамбля до любой тренировки задачи (r = 0.260, p = 0.041 и r = 0.215, p = 0.048; оба предельные, не откорректированные), что предполагает, что проводка кодирует геометрический предшественник, который обучение усиливает. Эти результаты устанавливают представительную геометрию как кандидата на метрическую меру достоверности, которая позволяет различать биологическую и произвольную проводку, используя только ответы популяции на структурированный набор стимулов, и указывает на практический путь к метрическим мерам достоверности для эмуляций на уровне коннектома, приближающихся к коре млекопитающих.

Воздействие все более частых и интенсивных тепловых волн на паразитизм является важным направлением для понимания риска заболеваний в условиях изменения климата. Эти воздействия сложны, поскольку паразитизм возникает из взаимодействия множества характеристик хозяев и паразитов, которые могут различаться по термочувствительности и среди популяций, адаптированных к различным температурным режимам. В данном исследовании мы провели лабораторный микросистемный эксперимент, чтобы изучить влияние тепловых волн, происходящих на двух разных этапах взаимодействия между зимнеадаптированным хозяином-комаром и паразитом-цилиатом, с шести парами симпатричных популяций хозяев и паразитов, взятых из двух географических регионов с различной историей зимнего тепла. Мы обнаружили, что тепловые волны позволили личинкам комаров избежать инфекции, что привело к снижению паразитизма и увеличению выживаемости. Раннее тепловое воздействие во время начальной атаки паразита оказало более сильное влияние, чем поздняя тепловая волна, произошедшая после установления инфекций. Мы не обнаружили свидетельств о локальной адаптации к тепловым волнам: влияние было последовательным независимо от популяции и механически предсказуемым на основе ранее измеренных кривых термической производительности, которые описывали более низкий уровень инфекции и более сильные защиты хозяев при теплых постоянных температурах. Результаты показывают, что все более частые тепловые волны могут ускорить географические изменения в паразитизме и демонстрируют, как фундаментальная термобиоология хозяев и паразитов связана с воздействием экстремальных температурных событий.