Visualization Techniques for the Analysis of Neurophysiological Data

In order to understand the diverse and complex functions of the Human brain, the temporal relationships of vast quantities of multi-dimensional spike train data must be analysed. A number of statistical methods already exist to analyse these relationships. However, as a result of expansions in recording capability hundreds of spike trains must now be analysed simultaneously. In addition to the requirements for new statistical analysis methods, the need for more efficient data representation is paramount. The computer science field of Information Visualization is specifically aimed at producing effective representations of large and complex datasets. This thesis is based on the assumption that data analysis can be significantly improved by the application of Information Visualization principles and techniques. This thesis discusses the discipline of Information Visualization, within the wider context of visualization. It also presents some introductory neurophysiology focusing on the analysis of multidimensional spike train data and software currently available to support this problem. Following this, the Toolbox developed to support the analysis of these datasets is presented. Subsequently, three case studies using the Toolbox are described. The first case study was conducted on a known dataset in order to gain experience of using these methods. The second and third case studies were conducted on blind datasets and both of these yielded compelling results

DECONVOLUTION AND NETWORK CONSTRUCTION BY SINGLE CELL RNA SEQUENCING DATA

In this dissertation, we develop three novel analytic approaches for scRNA-seq data. In the first project, we aim to utilize scRNA-seq data to efficiently deconvolute bulk RNA-seq data. Deconvolution of bulk RNA-seq data by scRNA-seq data benefits from the high resolution in the characterization of transcriptomic heterogeneity from single-cells while enjoying higher statistical testing power with lower cost provided by bulk samples. Specifically, we propose an ENSEMBLE method SCDC (scRNA-seq DeConvolution), which integrates deconvolution results derived from multiple reference datasets, implicitly addressing the well-known batch effects. SCDC is benchmarked against existing methods and illustrated by the application to a human pancreatic islet dataset and a mouse mammary gland dataset.In the second project, to better understand gene regulatory networks under different but related conditions with single-cell resolution, we propose to construct Joint Gene Networks with scRNA-seq data (JGNsc) using the Gaussian graphical models (GGMs) framework. The sparsity feature of scRNA-seq data hinders the direct application of the popular GGMs. To facilitate the use of GGMs, JGNsc first proposes a hybrid imputation procedure that combines a Bayesian zero-inflated Poisson model with an iterative low-rank matrix completion step to efficiently impute zeros resulted from technical artifacts. JGNsc then transforms the imputed data via a nonparanormal transformation, based on which joint GGMs are constructed. We demonstrate JGNsc and assess its performance using synthetic data and two cancer clinical studies of medulloblastoma and glioblastoma.In the third project, for scRNA-seq data with continuous or ambiguous cell states, we develop a covariance-based change point detection (CPD) procedure to infer the discrete subgroups by utilizing the continuous pseudotime of single-cells. Little research suggests whether and how well the existing multivariate CPD methods work for scRNA-seq data. Hence, popular existing methods are benchmarked and evaluated in the simulation study and are shown to be powered for detecting mean but not covariance changes. To detect covariance changes, we propose the algorithm covcpd, which partitions single-cell samples into homogeneous network groups by utilizing a covariance equality testing statistic. covcpd is evaluated by simulation and is further illustrated through a mouse embryonic dataset and a human embryonic stem-cell dataset.Doctor of Philosoph

Deep Cellular Recurrent Neural Architecture for Efficient Multidimensional Time-Series Data Processing

Efficient processing of time series data is a fundamental yet challenging problem in pattern recognition. Though recent developments in machine learning and deep learning have enabled remarkable improvements in processing large scale datasets in many application domains, most are designed and regulated to handle inputs that are static in time. Many real-world data, such as in biomedical, surveillance and security, financial, manufacturing and engineering applications, are rarely static in time, and demand models able to recognize patterns in both space and time. Current machine learning (ML) and deep learning (DL) models adapted for time series processing tend to grow in complexity and size to accommodate the additional dimensionality of time. Specifically, the biologically inspired learning based models known as artificial neural networks that have shown extraordinary success in pattern recognition, tend to grow prohibitively large and cumbersome in the presence of large scale multi-dimensional time series biomedical data such as EEG. Consequently, this work aims to develop representative ML and DL models for robust and efficient large scale time series processing. First, we design a novel ML pipeline with efficient feature engineering to process a large scale multi-channel scalp EEG dataset for automated detection of epileptic seizures. With the use of a sophisticated yet computationally efficient time-frequency analysis technique known as harmonic wavelet packet transform and an efficient self-similarity computation based on fractal dimension, we achieve state-of-the-art performance for automated seizure detection in EEG data. Subsequently, we investigate the development of a novel efficient deep recurrent learning model for large scale time series processing. For this, we first study the functionality and training of a biologically inspired neural network architecture known as cellular simultaneous recurrent neural network (CSRN). We obtain a generalization of this network for multiple topological image processing tasks and investigate the learning efficacy of the complex cellular architecture using several state-of-the-art training methods. Finally, we develop a novel deep cellular recurrent neural network (CDRNN) architecture based on the biologically inspired distributed processing used in CSRN for processing time series data. The proposed DCRNN leverages the cellular recurrent architecture to promote extensive weight sharing and efficient, individualized, synchronous processing of multi-source time series data. Experiments on a large scale multi-channel scalp EEG, and a machine fault detection dataset show that the proposed DCRNN offers state-of-the-art recognition performance while using substantially fewer trainable recurrent units

The Effect of Robotic Technology on Perioperative Outcomes in Total Knee Arthroplasty

Introduction Robotic technology has recently regained momentum in total knee arthroplasty (TKA) but the effects of this technology on accuracy of implant positioning, intraoperative soft tissue injury and postoperative functional rehabilitation remain unknown. The objectives of this research thesis were to compare a comprehensive range of radiological objectives and perioperative outcomes in conventional jig-based TKA versus robotic-arm assisted TKA, and use optical motion capture technology to quantify the effects of anterior cruciate ligament (ACL) and posterior cruciate ligament (PCL) resection on knee biomechanics. Methods A series of prospective cohort studies were undertaken in patients with established knee osteoarthritis undergoing primary conventional jig-based TKA versus robotic-arm assisted TKA. Predefined radiological and perioperative study outcomes were recorded by independent observers. Optical motion capture technology during robotic TKA was used to quantify the effects of ACL and PCL resection on knee biomechanics. Results Robotic-arm assisted TKA was associated with improved accuracy of implant positioning, reduced periarticular soft tissue injury, decreased bone trauma, improved postoperative functional rehabilitation, and reduced early systemic inflammatory response compared to conventional jig-based TKA. The Macroscopic Soft Tissue Injury (MASTI) classification system was developed and validated for grading intraoperative periarticular soft tissue injury and bone trauma during TKA. ACL resection created flexion-extension mismatch by increasing the extension gap more than the flexion gap, whilst PCL resection increased the flexion gap proportionally more than the extension gap and created mediolateral laxity in knee flexion but not in extension. Conclusion Robotic-arm assisted TKA was associated with increased accuracy of implant positioning, reduced iatrogenic soft tissue injury, and improved functional rehabilitation compared to conventional jig-based TKA. ACL and PCL resections created unique changes in knee biomechanics that affected flexion-extension gaps and mediolateral soft tissue tension during TKA. On the basis of this thesis, further clinical trials have been established to determine the long-term clinical significance of these findings

Using MapReduce Streaming for Distributed Life Simulation on the Cloud

Distributed software simulations are indispensable in the study of large-scale life models but often require the use of technically complex lower-level distributed computing frameworks, such as MPI. We propose to overcome the complexity challenge by applying the emerging MapReduce (MR) model to distributed life simulations and by running such simulations on the cloud. Technically, we design optimized MR streaming algorithms for discrete and continuous versions of Conway’s life according to a general MR streaming pattern. We chose life because it is simple enough as a testbed for MR’s applicability to a-life simulations and general enough to make our results applicable to various lattice-based a-life models. We implement and empirically evaluate our algorithms’ performance on Amazon’s Elastic MR cloud. Our experiments demonstrate that a single MR optimization technique called strip partitioning can reduce the execution time of continuous life simulations by 64%. To the best of our knowledge, we are the first to propose and evaluate MR streaming algorithms for lattice-based simulations. Our algorithms can serve as prototypes in the development of novel MR simulation algorithms for large-scale lattice-based a-life models.https://digitalcommons.chapman.edu/scs_books/1014/thumbnail.jp

Data-Driven Process Development for Virus-Like Particles - Implementation of Process Analytical Technology, Molecular Modeling, and Machine Learning

Im Laufe des 20. Jahrhunderts stieg die Lebenserwartung deutlich an. Aus medizinischer Sicht trugen vor allem die umfassende Verbesserung der Hygiene und die Einführung von Impfprogrammen zu diesem Erfolg bei. Impfstoffe waren die ersten biologischen Produkte, die systematisch als medizinische Präparate eingesetzt wurden, und ebneten damit den Weg zur modernen pharmazeutischen Biotechnologie. Nach Insulin und menschlichem Wachstumshormon war eines der frühesten biotechnologisch hergestellten pharmazeutischen Produkte ein rekombinanter Impfstoff, im Speziellen ein virusähnliches Partikel (virus-like particle, VLP) auf Basis von rekombinantem Hepatitis-B-Oberflächenantigen. VLPs beinhalten keine infektiösen viralen Nukleinsäuren und sie ähneln dem Virus, von dem sie abgeleitet sind, wodurch sie eine Immunantwort induzieren können. Obwohl dieser Hepatitis-B-Impfstoff gegenwärtig noch verwendet wird, ist die heutige Anwendung von VLPs sehr unterschiedlich, wie aus zahlreichen präklinischen und klinischen Studien hervorgeht. VLPs werden als mögliche Impfstoffe gegen Infektionskrankheiten, immunologische Erkrankungen oder Krebs untersucht. Ihre starke Immunogenität wird für die Präsentierung von fremdantigenen Epitopen auf den VLPs genutzt, was sie zu chimären VLPs (chimeric virus-like particles, cVLPs) macht. Als solche induzieren sie nachweislich Immunantworten gegen Krebszellen und überwinden die natürliche immunologische Selbsttoleranz gegenüber Krebsantigenen. Allerdings ist ihr hohes Potenzial mit Herausforderungen verbunden, beispielsweise im Zusammenhang mit ihrem molekularen Design und dem Produktionsprozess. Das Ziel des molekularen Designs ist die Entwicklung immunogener und stabiler VLP-Kandidaten. Der Prozess, um geeignete VLP-Kandidaten zu finden, ist jedoch typischerweise empirisch und bringt Herausforderungen wie eine geringe Löslichkeit nach der Expression in rekombinanten Wirten oder unzureichende VLP-Immunogenität mit sich. Dem VLP-Produktionsprozess mangelt es an maßgeschneiderten Aufreinigungsmethoden, was im Vergleich zu etablierten biopharmazeutischen Produkten, wie z.B. monoklonalen Antikörpern, zu einer geringeren Produktivität führt. Hinzu kommt, dass bei der VLP-Prozessierung VLP-spezifische Prozessschritte, wie z.B. die Zerlegung und Reassemblierung der Partikel, entworfen werden müssen. Die Bewältigung dieser Herausforderungen würde von datengestützten Ansätzen wie der prozessanalytischen Technologie (process analytical technology, PAT), der molekularen Modellierung und dem maschinellen Lernen profitieren. Diese würden das Prozess- und Produktverständnis verbessern, den experimentellen Aufwand reduzieren und eine effiziente Überwachung und Steuerung der Prozesse ermöglichen. Daher war es Ziel dieser Arbeit, Antworten auf mehrere dieser Herausforderungen zu finden, indem datengestützte Ansätze implementiert wurden, um die Entwicklung maßgeschneiderter Prozessschritte zu begleiten. Im ersten Teil dieser Arbeit werden VLPs und ihre Produktionsprozesse besprochen, die Vorteile der Implementierung von PAT beschreiben, die Herausforderungen im Zusammenhang mit ihrem molekularen Design beleuchtet und die Möglichkeiten der Anwendung des maschinellen Lernens bei der VLP-Entwicklung und -Prozessierung aufgezeigt. Der zweite Teil dieser Arbeit beschreibt fünf Studien, die darauf abzielen, Antworten auf einige der mit dem VLP-Design und der biotechnologischen Verfahrenstechnik verbundenen Herausforderungen zu finden. Die erste Studie (Kapitel 3) befasst sich mit einem besonderen VLP-spezifischen Prozessschritt. Für eine verbesserte Stabilität, Homogenität und Immunogenität müssen VLPs zerlegt und wieder reassembliert werden. Ausgehend von einer Hoch-pH-Lösung, die zerlegte VLPs enthält, wird die Reassemblierung durch die Erhöhung der Ionenstärke und die Senkung des pH-Wertes erreicht. Die meisten Prozesse im Labormaßstab nutzen die Dialyse für diesen Pufferaustausch, während die Querstromfiltration (cross-flow filtration, CFF) für den Pufferaustausch besser skalierbar ist, den Pufferverbrauch reduziert und die Ausbeute verbessert. Im Vergleich zur Dialyse erfordert die CFF mehr technisches Wissen und Kenntnisse über den VLP-Reassemblierungssfortschritt während des Prozesses. Eine umfassende Überwachungsstrategie wäre daher sehr vorteilhaft, um eine (Beinahe-) Echtzeit-Kontrolle des VLP-Reassemblierungsprozesses durch CFF zu implementieren. In dieser ersten Studie wird ein Aufbau zur Überwachung der VLP-Reassemblierung durch CFF mittels einer Online-Messschleife mit zwei verschiedenen spektroskopischen Sensoren beschrieben. Eine mögliche Kontrollstrategie für den VLP-Assemblierungsprozess wurde in der Überwachung der statischen und dynamischen Lichtstreuung gesehen. Das Maximum des statischen Streulichtsignals fiel mit der maximalen VLP-Konzentration zusammen. Diese Information ist sehr wertvoll, da nach diesem VLP-Konzentrationsmaximum eine Degradationsphase beobachtet wurde, die vermieden werden sollte, um Ausbeute und Reinheit der VLPs zu optimieren. Die Analyse der zweiten Ableitung der ultravioletten und sichtbaren (ultraviolet and visible, UV/Vis) Spektren erwies sich als praktikable orthogonale Methode zur Überwachung der VLP-Assemblierung, insbesondere mit dem sogenannten a/b-Verhältnis. Das a/b-Verhältnis, welches sich im Zeitverlauf der Prozesse änderte, beschreibt die Solvatisierung von Tyrosin. Die Beobachtung der Veränderung des a/b-Verhältnisses deckt sich mit der Tatsache, dass Tyrosin 132 nach der Assemblierung in einer hydrophoben Tasche eingebettet wird. Zusätzlich konnte ein Modell der Regression der partiellen kleinsten Quadrate (partial least squares), das auf den aufgezeichneten UV/Vis-Spektren basiert, die VLP-Konzentrationen abschätzen mit dem Potential, als (Beinahe-) Echtzeitmodell angewendet zu werden. Die etablierte Überwachungsstragie wurde genutzt um optimale Prozessbedingungen für drei chimäre hepatitis B core antigen (HBcAg)- Konstrukte zu ermitteln. Dies resultierte in unterschiedlichen Prozesszeiten, um die maximale VLP-Konzentration zu erreichen. Das cVLP mit dem stärksten negativen Zetapotential assemblierte am spätesten, wahrscheinlich aufgrund abstoßender elektrostatischer Kräfte. Es erfordert daher Puffer mit höheren Ionenstärken für die Reassemblierung. Die Bedeutung des Zetapotenzials für die VLP-Prozessierung war Teil der Motivation für die zweite Studie (Kapitel 4). Das Zetapotential und andere biophysikalische Parameter können nur gemessen werden, wenn Material experimentell in ausreichenden Mengen produziert wurde. Es wäre daher wünschenswert, diese Parameter vorherzusagen, um Ressourcen zu sparen. Es wurde bereits gezeigt, dass Oberflächeneigenschaften aus dreidimensionalen (3-D) Strukturen abgeleitet werden können. 3-D-Strukturen neuartiger Moleküle sind jedoch nicht verfügbar und ihre experimentelle Erzeugung ist langwierig und mühsam. Eine Alternative ist die rechnergestützte 3-D-Strukturerzeugung mit Template-Modellierung und Molekulardynamik-Simulationen (MD). Dieser in silico Arbeitsablauf erfordert üblicherweise signifikante Benutzerinteraktion, Expertenwissen, um die Simulationen zu designen und zu steuern, und viel Rechenleistung. Um diese Limitationen zu überwinden, wurde in dieser Studie ein robuster und automatisierter Arbeitsablauf zur Erzeugung von 3-D Strukturen etabliert. Der Arbeitsablauf ist datenabhängig, minimiert Benutzerinteraktion und reduziert die benötigte Rechenleistung. Die Eingabe in den entwickelten Arbeitsablauf war eine Aminosäuresequenz und eine Strukturvorlage. Die Vorlage wurde automatisch von einer Proteinstrukturdatenbank heruntergeladen, bereinigt und die Struktur wurde Homologie-modelliert, gefolgt von einer Energieminimierung. Eine datenabhängige dreistufige MD-Simulation verfeinerte die Struktur, wobei ein kontinuierlich zunehmender Bereich des Moleküls simuliert wurde, bis schließlich das gesamte Molekül frei simuliert wurde. Der dreistufige MD-Simulationsansatz lieferte hierbei einen großen Beitrag zur Reduktion der benötigten Rechenleistung, in dem strukturell besonders unsichere Bereiche des Moleküls zunächst gesondert simuliert wurden. Oft werden MD-Simulationen nach einer bestimmten Simulationszeit beendet. In dieser Studie beendete die entwickelte datenabhängige Simulationskontrolle die Simulationen, wenn ein Stabilitätsfenster (Window of Stability, WoS) von 2 ns erreicht wurde, definiert durch die Wurzel der mittleren quadratischen Abweichung (root mean square deviation, RMSD) der Atomkoordinaten. Dies stellte sicher, dass die Fluktuationen der MD-Simulation zwischen allen simulierten Konstrukten innerhalb des genannten WoS am Ende der Simulation vergleichbar waren. Der Arbeitsablauf führte zu angemessenen Simulationszeiten (6,6-37,5 h) und einer hohen Gesamtstrukturqualität für die drei chimären HBcAg-Dimere. Um die Anwendbarkeit der Methode zu demonstrieren, wurde eine Fallstudie durchgeführt, in der die in silico Oberflächenladung von HBcAg-Dimeren mit dem experimentellen Zeta-Potential ganzer Kapside korreliert wurde, was eine hohe lineare Korrelation zeigte. Die Extraktion der Oberflächenladung aus dem WoS war robuster als aus einem einzelnen Simulationsschnappschuss, was die Nützlichkeit des entwickelten Ansatzes unterstreicht. Die dritte Studie (Kapitel 5) befasst sich mit dem Problem, dass VLPs häufig mit Technologien prozessiert werden, die ursprünglich für kleinere Produkte entwickelt wurden. Dies führt oft zu Prozesslimitationen wie geringe Bindekapazitäten von Chromatographieharzen, die im downstream process verwendet werden. Daher wurde eine neue Aufreinigungsstrategie entwickelt, die drei verschiedene größenselektive Methoden integriert, da sie für die selektive Abtrennung von VLPs von Verunreinigungen vielversprechend erschienen. Die Methoden waren Fällung/Rücklösung, CFF und Größenausschlusschromatographie (size exclusion chromatography, SEC). Es wurden drei Verfahrensvarianten entwickelt und untersucht, wobei die beste aus Fällung, Waschen und Rücklösung auf einer CFF-Einheit, gefolgt von einer Reinigung durch eine multimodale SEC-Säule bestand. Dieses Verfahren zeigte die höchste Reinheit sowie eine hohe Ausbeute und Produktivität. Die entwickelten Verfahren waren den in der Literatur beschriebenen Verfahren vergleichbar oder überlegen. Die Überwachung und Fraktionierung des Permeatstroms ermöglichte es zudem, produkthaltige Fraktionen für das selektive Vereinigen zu identifizieren. Auf diese Weise können Produktkonzentration- und Reinheit eingestellt werden. Eines der Hauptprobleme beim Molekulardesign von cVLPs ist, dass die Kandidaten bei der Expression oft unlöslich sind. Der Prozess zur Identifizierung unlöslicher VLP-Konstrukte ist typischerweise empirisch und deshalb Zeit- und Ressourcenintensiv. Diese Herausforderung kann mit einem Modell bewältigt werden, welches die Löslichkeit von cVLPs vorhersagt. In Kapitel 6 wurde ein Soft Ensemble Vote Classifier (sEVC) als Werkzeug auf Basis von maschinellem Lernen zur Vorhersage der cVLP-Löslichkeit entwickelt, basierend auf 568 verschiedenen Aminosäuresequenzen und 91 verschiedenen Hydrophobizitäts-Skalen. Das Ensemble-Modell aggregiert die Vorhersage der einzelnen Klassifikatoren, bei denen es sich um einstufige Entscheidungsbäume handelt. Diese wurden jeweils mit einem Hydrophobizitäts-Merkmal auf der Grundlage einer Hydrophobizitäts-Skala trainiert. Stratifizierte Trainingssatzprobenahme und Merkmalsauswahl kamen der Modellbildung zugute. Die besten Modelle wiesen einen Matthew-Korrelationskoeffizienten (Matthew’s correlation coefficient, MCC) von >0,6 auf, der mit den statistischen Größen von Löslichkeitsmodellen aus der Literatur vergleichbar oder diesen überlegen ist. Zusätzlich ermöglichte die Merkmalsauswahl (feature selection) die Identifizierung charakteristischer Eigenschaften (features) des untersuchten cVLP-Löslichkeitsproblems, wobei die Bedeutung verschiedener Aminosäuren für die cVLP-Löslichkeit hervorgehoben wurde. Die Analyse legte nahe, dass Arginin eine wichtige Rolle bei der Rekrutierung von VLP-Untereinheiten während der Kapsidassemblierung spielen könnte. Die letzte Studie baute auf dem Modell und den Ergebnissen von Kapitel 6 auf, mit dem Ziel, die Vorhersageergebnisse zu optimieren und mehr versteckte Informationen aus den Daten zu extrahieren. In der vorherigen Studie wurde eine systematische Fehlklassifikation beobachtet. Dies wurde mit einem Optimierungsalgorithmus angegangen, der die Vorhersage des Modells anpasste, wenn diese systematischen Fehlklassifikationen im Trainingsdatensatz beobachtet wurden. Eine zweite Optimierungsstrategie synthetisierte und optimierte Hydrophobizitäts-Skalen spezifisch für das vorgestellte cVLP-Löslichkeitsproblem. Dabei wurde die Bedeutung von Tryptophan als möglicher Disruptor der Proteinfaltung anhand der Daten vorgeschlagen. Das beste Modell, das mit den entwickelten Optimierungsworkflows erstellt wurde, zeigte einen MCC von 0,77 (Korrektklassifikationsrate von 0,88) in Bezug auf das externe Test-Set. Schließlich wurde das sEVC-Framework in einer Fallstudie evaluiert, um Ammoniumsulfatkonzentrationen vorherzusagen, wie sie für die VLP-Fällung erforderlich sind (wie auch in Kapitel 5 angewandt). Daher wurde das Modell so umgestaltet, dass es als Regressionswerkzeug fungiert. Es wurde mit Daten der Ammoniumsulfat-induzierten Fällung von zehn cVLPs bewertet. Die lineare Regression zeigte eine vielversprechende Korrelation mit einem R² von 0,69. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass sowohl von dem Standpunkt der Prozessentwicklung als auch von der computergestützen Entwicklung aus eine Reihe von Methoden entwickelt wurde, die den Weg zu einem VLP-Plattformprozess ebnen könnten. Die Integration von datengesteuerten Ansätzen wie PAT, 3-D-Strukturmodellierung und maschinelles Lernen kann sowohl der Effizienz als auch dem Verständnis der VLP-Prozessierung in der biopharmazeutischen Industrie zugutekommen

Integral Fast Reactor Program annual progress report, FY 1994

This report summarizes highlights of the technical progress made in the Integral Fast Reactor (IFR) Program in FY 1994. Technical accomplishments are presented in the following areas of the IFR technology development activities: metal fuel performance; pyroprocess development; safety experiments and analyses; core design development; fuel cycle demonstration; and LMR technology R&D

Brain Computations and Connectivity [2nd edition]

This is an open access title available under the terms of a CC BY-NC-ND 4.0 International licence. It is free to read on the Oxford Academic platform and offered as a free PDF download from OUP and selected open access locations. Brain Computations and Connectivity is about how the brain works. In order to understand this, it is essential to know what is computed by different brain systems; and how the computations are performed. The aim of this book is to elucidate what is computed in different brain systems; and to describe current biologically plausible computational approaches and models of how each of these brain systems computes. Understanding the brain in this way has enormous potential for understanding ourselves better in health and in disease. Potential applications of this understanding are to the treatment of the brain in disease; and to artificial intelligence which will benefit from knowledge of how the brain performs many of its extraordinarily impressive functions. This book is pioneering in taking this approach to brain function: to consider what is computed by many of our brain systems; and how it is computed, and updates by much new evidence including the connectivity of the human brain the earlier book: Rolls (2021) Brain Computations: What and How, Oxford University Press. Brain Computations and Connectivity will be of interest to all scientists interested in brain function and how the brain works, whether they are from neuroscience, or from medical sciences including neurology and psychiatry, or from the area of computational science including machine learning and artificial intelligence, or from areas such as theoretical physics