A Computational Study of the Role of Neurogenesis in Learning and Memory
Notice bibliographique
Résumé
Neurogenesis persists throughout life in the dentate gyrus of the mammalian hippocampus. There is a large body of evidence that neurogenesis may impact cognition, particularly concerning learning and memory, though it is unclear what mechanisms underlie these processes. Computational models have established that the addition of neurons degrades existing memories (i.e., produces forgetting). These predictions are supported by empirical observations in rodents, where post-training increases in neurogenesis also promote forgetting of hippocampus-dependent memories. However, in these models that use 10-1,000 neurons to represent the dentate gyrus, forgetting is only observed at new neuron addition rates that greatly exceed adult neurogenesis rates observed in vivo. To address this, we generated an artificial neural network that incorporated more realistic features of the hippocampus – including increased network size, sparse activity, and sparse connectivity and explored how these properties modulate the impact of using biologically relevant rates of neurogenesis in a pattern categorization task. Our model captures several mnemonic phenomena associated with neurogenesis, including forgetting and enhanced reversal learning. These effects were sensitive to changes in increased output connectivity and excitability of new neurons. Crucially, forgetting was observed at lower rates of neurogenesis in larger networks, with the addition of as little as 0.1% of the total DG population sufficient to induce forgetting. We also propose a role for neurogenesis in the generalization of memories using traditional deep learning architectures. At rates of 3% turnover, we found that neurogenesis alone improved generalization on unseen data in two commonly used categorization tasks, the MNIST and CIFAR-10 datasets. Together, we suggest not only that low rates of neurogenesis can have an impact on cognition, but that we can use biologically-inspired and artificial neural networks to investigate the computational functions of neurogenesis that may mirror those occurring in vivo as well.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi 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.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,003 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 0,000 |
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.
score_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 découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».