神経回路網間の相互作用による対連合記憶の形成と想起

通过神经网络之间的相互作用形成和检索配对关联记忆

基本信息

批准号：
12210038
负责人：
森田昌彦
金额：
--
依托单位：
University of Tsukuba
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (C)
财政年份：
2000
资助国家：
日本
起止时间：
2000 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

サルの下側頭葉皮質で観測された対連合記憶関連ニューロンの活動は、記憶情報の脳内表現や、その形成および想起の神経機構を明らかにする上で非常に重要な意味をもつが、従来の神経回路モデルではうまく説明することができなかった。この問題に関して計算論的な考察を進めた結果、feedforward抑制型の神経回路網に形成された軌道アトラクタによって想起の過程が説明できること、またそのようなアトラクタを形成するためには、連続的に変化する時空間パターンを学習信号として与える必要があることが明らかになった。しかし、このような学習信号を自律的に生成することは、単独の神経回路網では極めて困難である。そこで、N_1とN_2の二つの部分回路網を用い、両者の相互作用によって学習信号の生成と軌道アトラクタの形成を行うモデルを構成した。具体的には、連合すべき情報が逐次的に入力されると、学習信号生成回路N_2が学習信号を連想回路網N_1に送り、これを用いてN_1の学習が実行されるとともに、その出力がN_2にフィードバックされて学習信号の変化を促す。これが連続的に行われることによって軌道アトラクタが形成されると、それに沿った状態遷移によってcueからtargetへの連想が可能になる。ワークステーション上でシミュレーション実験を行ったところ、このモデルによりサルでの実験と同様に遅延対連合課題を正しく遂行することが可能であった。また、サルの対連合記憶関連ニューロン活動をよく再現することができた。このことは、下側頭葉における記憶痕跡の形式およびその形成機構がモデルと同じ原理に基づいていることを強く示唆する。種々の生理学的知見から、N_1は下側頭葉皮質(特にTE野)に相当し、N_2は嗅皮質に相当すると考えられる。

在猴子下颞叶皮层中观察到的配对关联记忆相关神经元的活动对于阐明大脑中记忆信息的表示及其形成和检索的神经机制具有非常重要的意义。才能很好地解释它。作为对这个问题的计算考虑的结果，我们发现检索过程可以通过前馈抑制神经网络中形成的轨迹吸引子来解释，并且需要连续变化来形成这样的吸引子，很明显有必要这样做。提供时空模式作为学习信号。然而，使用单个神经网络自主生成这样的学习信号是极其困难的。因此，我们构建了一个模型，使用两个子网络N_1和N_2，并通过它们之间的相互作用生成学习信号并形成轨迹吸引子。具体地，当依次输入需要关联的信息时，学习信号生成电路N_2向关联网络N_1发送学习信号，用于执行N_1的学习，其输出反馈给N_2以提示学习信号的变化。当通过连续这样做形成轨迹吸引子时，通过沿着它的状态转换，从提示到目标的关联就成为可能。在工作站上进行的模拟实验中，该模型能够正确执行延迟配对关联任务，类似于猴子实验。此外，我们能够很好地重现猴子中与配对联想记忆相关的神经元活动。这强烈表明下颞叶记忆痕迹的形式及其形成机制与模型基于相同的原理。从各种生理学发现来看，N_1被认为对应于下颞叶皮层（特别是TE区），N_2对应于嗅觉皮层。