Functional and effective networks inferred from time series are at the core of network neuroscience. Interpreting their properties requires inferred network models to reflect key underlying structural features; however, even a few spurious links can distort network measures, challenging functional connectomes. We study the extent to which micro- and macroscopic properties of underlying networks can be inferred by algorithms based on mutual information and bivariate/multivariate transfer entropy. The validation is performed on two macaque connectomes and on synthetic networks with various topologies (regular lattice, small-world, random, scale-free, modular). Simulations are based on a neural mass model and on autoregressive dynamics (employing Gaussian estimators for direct comparison to functional connectivity and Granger causality). We find that multivariate transfer entropy captures key properties of all networks for longer time series. Bivariate methods can achieve higher recall (sensitivity) for shorter time series but are unable to control false positives (lower specificity) as available data increases. This leads to overestimated clustering, small-world, and rich-club coefficients, underestimated shortest path lengths and hub centrality, and fattened degree distribution tails. Caution should therefore be used when interpreting network properties of functional connectomes obtained via correlation or pairwise statistical dependence measures, rather than more holistic (yet data-hungry) multivariate models.


翻译:从时间序列中推断出的职能和有效网络是网络神经科学的核心。解释它们的特性需要推导网络模型以反映关键的基本结构特征;然而,即使几个假联系也会扭曲网络计量,挑战功能连接体。我们研究基于相互信息和双变/多变转移酶的算法在多大程度上可以推断出基础网络的微观和宏观特性。验证在两个星形连接和具有不同地形(普通云层、小世界、随机、无规模、模块化)的合成网络上进行。模拟基于神经质量模型和自动递增动态(使用高斯天顶天顶的天顶能与功能连接和致热性因果关系直接比较)。我们发现,基于基于相互信息和双轨/多变性转移的算法可以更长期地捕捉所有网络的关键属性。由于可用数据增加,双变方法可以提高时间序列的回度(灵敏度),但无法控制错误的正数(低度)。这导致过度估计的聚合、小世界、高端和高端对流的统计中位性中继度、最短的统计中继度中继度路径和最易被利用的对等。

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