标准巩固理论的耦合神经场模型

标准巩固理论指出，位于海马体的短期记忆使得新皮层中的长期记忆得以巩固。换言之，新皮层在海马体的瞬态支持下缓慢学习长期记忆，而海马体则快速学习不稳定的记忆。然而，目前尚不清楚导致这些学习速率和记忆时间尺度差异的潜在神经生物学机制是什么。在此，我们提出了一种标准巩固理论的新颖建模方法，重点关注其潜在的神经生物学机制。除了突触可塑性和脉冲频率适应之外，我们的模型还纳入了齿状回中的成年神经发生以及新皮层与海马体之间的尺寸差异，我们将其与距离依赖的突触可塑性相关联。我们还考虑了所涉及大脑区域的互联空间结构，将上述神经生物学机制纳入耦合神经场框架中，其中每个区域由具有区域内和区域间连接的独立神经场表示。据我们所知，这是将神经场应用于此过程的首次尝试。通过数值模拟和数学分析，我们探讨了在海马体回放阶段与外部输入的提取线索交替出现时，模型的短期和长期动力学。该外部输入可编码为记忆模式，以多重凸块吸引子模式的形式存在于各个神经场中。在模型中，由于海马体记忆模式的凸块之间距离较小，海马体记忆模式先于新皮层模式被编码。因此，在短时间尺度上新皮层提取输入模式需要海马体记忆模式传递的额外输入。新皮层记忆模式在较长时间内逐步巩固，直至其提取不再需要海马体的支持。在更长时间下，神经发生对海马体神经场的扰动会抹除海马体模式，导致最终状态中记忆模式仅在新皮层中被唤起。因此，我们模型的动力学成功再现了标准巩固理论的主要特征。这表明海马体中的神经发生以及与突触抑制和脉冲频率适应相耦合的距离依赖的突触可塑性，确实是记忆巩固中关键的神经生物学过程。