Theoretical and Empirical Study for Modulation and Integration Function of Context Information in Memory Networks

记忆网络中上下文信息的调制与整合功能的理论与实证研究

基本信息

批准号：
20H04246
负责人：
塚田啓道
金额：
$ 11.4万
依托单位：
Chubu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究課題は脳の記憶ネットワーク空間に文脈情報を効率的に情報圧縮し学習・記憶する情報処理メカニズムについて研究を進めている。生理学実験では、これまで海馬CA1領域でのみ存在が確認されていた時空間学習則（STLR）が、前年度海馬CA3領域で初めて観測され、本年度はこの結果を補強するための追加実験を行なった。結果としてSTLRはアテンション等のトップダウンの情報処理時に分泌されるアセチルコリンの投射と連動して学習が行われることが再確認された。これらの結果は文脈情報の時間順序の識別能力が高いSTLRが海馬CA3領域においてトップダウン情報に基づく文脈記憶生成を行っている可能性を示唆している。現在これらの実験研究成果をもとにトップダウン情報を用いた文脈情報の記憶学習モデルの開発も新たに開始している。STLRを用いた神経ネットワークの数値実験においては、STLRの時間履歴と文脈情報の時間順序識別能力との関連性評価を行ったところ、時間履歴を含んだSTLRが圧倒的に文脈情報の時間順序識別能力が高くなることを新たに発見した。STLRの重み分布の解析においては、類似した重み分布であるにもかかわらず、時間順序識別能力が極端に異なるケースがあることが明らかになった。これらの結果は重みの空間分割や階層性とダイナミクスの間に深い関連性があることを示唆しており、今後さらなる解析を行う予定である。理論研究においては、STLRのカルシウム濃度とLTP/LTDに深く関連する閾値の範囲を拡張することにより、これまでのSTLRの文脈情報の時間識別能力を飛躍的に向上する可能性を新たに見出した。また、STLRをシステム理論の枠組みで捉える新たな学習モデルの研究も推進している。本研究成果を基盤として並列情報処理のハードウェアに実装する計画も新たに開始した。

该研究项目正在研究有效压缩、学习和记忆大脑记忆网络空间中的上下文信息的信息处理机制。在生理实验中，之前被证实仅存在于海马CA1区域的时空学习规律（STLR）去年首次在海马CA3区域观察到，今年我们又进行了额外的实验来证实这一结果。结果，再次证实 STLR 中的学习与乙酰胆碱的投射一起发生，乙酰胆碱是在自上而下的信息处理（例如注意力）过程中分泌的。这些结果表明，STLR 具有很强的区分上下文信息时间顺序的能力，可以根据海马 CA3 区域自上而下的信息生成上下文记忆。基于这些实验研究结果，我们目前开始使用自上而下的信息开发一种新的上下文信息记忆学习模型。在使用 STLR 的神经网络数值实验中，我们评估了 STLR 的时间历史与识别上下文信息时间顺序的能力之间的关系，我新发现我的能力正在增强。 STLR权重分布分析表明，尽管权重分布相似，但有时时间顺序辨别能力却截然不同。这些结果表明权重和动力学的空间划分和层次之间存在着深刻的关系，我们计划在未来进行进一步的分析。在我们的理论研究中，我们新发现了通过扩大与STLR的钙浓度和LTP/LTD密切相关的阈值范围来显着提高STLR的上下文信息的时间辨别能力的可能性。我们还在促进对新学习模型的研究，这些模型在系统理论框架内捕获 STLR。我们还启动了一项新计划，将这项研究成果应用到并行信息处理硬件中。