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Enregistrement W3109002549 · doi:10.1101/2020.12.03.408344

Hebbian plasticity in parallel synaptic pathways: A circuit mechanism for systems memory consolidation

2020· preprint· en· W3109002549 sur OpenAlexaff
Michiel W. H. Remme, Urs Bergmann, Denis Alevi, Susanne Schreiber, Henning Sprekeler, Richard Kempter

Notice bibliographique

RevuebioRxiv (Cold Spring Harbor Laboratory) · 2020
Typepreprint
Langueen
DomaineNeuroscience
ThématiqueMemory and Neural Mechanisms
Établissements canadiensInnovation Cluster (Canada)
Organismes subventionnairesBundesministerium für Bildung und ForschungEinstein Stiftung BerlinDeutsche Forschungsgemeinschaft
Mots-clésHebbian theoryMemory consolidationForgettingNeuroscienceComputer scienceSynaptic plasticityHippocampusCognitive sciencePsychologyArtificial neural networkArtificial intelligenceCognitive psychology

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Abstract Systems memory consolidation involves the transfer of memories across brain regions and the transformation of memory content. For example, declarative memories that transiently depend on the hippocampal formation are transformed into long-term memory traces in neocortical networks, and procedural memories are transformed within cortico-striatal networks. These consolidation processes are thought to rely on replay and repetition of recently acquired memories, but the cellular and network mechanisms that mediate the changes of memories are poorly understood. Here, we suggest that systems memory consolidation could arise from Hebbian plasticity in networks with parallel synaptic pathways — two ubiquitous features of neural circuits in the brain. We explore this hypothesis in the context of hippocampus-dependent memories. Using computational models and mathematical analyses, we illustrate how memories are transferred across circuits and discuss why their representations could change. The analyses suggest that Hebbian plasticity mediates consolidation by transferring a linear approximation of a previously acquired memory into a parallel pathway. Our modelling results are further in quantitative agreement with lesion studies in rodents. Moreover, a hierarchical iteration of the mechanism yields power-law forgetting — as observed in psychophysical studies in humans. The predicted circuit mechanism thus bridges spatial scales from single cells to cortical areas and time scales from milliseconds to years. Author summary After new memories are acquired, they can be transferred over time into other brain areas — a process called systems memory consolidation. For example, new declarative memories, which refer to the conscious memory of facts and events, depend on the hippocampus. Older declarative memories, however, also rely on neocortical networks. The cellular mechanisms underlying such a transfer are poorly understood. In this work, we show that a simple and in the brain ubiquitous connectivity pattern, combined with a standard learning rule, leads to gradual memory transfer. We illustrate our proposed mechanism in numerical simulations and mathematical analyses. At the neurophysiological level, our theory explains experimental findings on memory storage in the hippocampal formation when specific pathways between neural populations are disrupted. At the psychophysical level, we can account for the power-law forgetting curves typically found in humans. A consequence of the proposed model is that consolidated memories can yield faster responses because they are stored in increasingly shorter synaptic pathways between sensory and motor areas. By giving a mechanistic explanation of the consolidation process, we contribute to the understanding of the transfer of memories and the reorganization of memories over time.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,001
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Expérimental (laboratoire) · Signal consensuel: aucune
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,005
Score d'incertitude au seuil0,016

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,001
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0000,001
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,001
Communication savante0,0010,002
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0050,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,098
Tête enseignante GPT0,258
Écart entre enseignants0,160 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeExpérimental (laboratoire)
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations1
Publié2020
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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