《記憶和記憶障礙的神經環路模型研究》是依託北京師範大學，由吳思擔任項目負責人的重大研究計畫。
基本介紹
- 中文名：記憶和記憶障礙的神經環路模型研究
- 依託單位：北京師範大學
- 項目負責人：吳思
- 項目類別：重大研究計畫
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
計算精神病學是一門新的交叉學科，用數學模型和方法來定量化、精確化地描述精神疾病產生的機理是目前國際研究的一個新趨勢，有可能在未來精神疾病的治療上提供新的思路和技術手段。記憶是腦的所有認知功能的基礎。了解記憶形成、修飾和維持的神經環路機制不僅有助於我們認識腦的高級認知功能，而且有助於我們揭示和記憶障礙相關聯的精神疾病的發病機制。作為重大研究計畫的培育項目，本課題致力於用計算模型方法，結合相關的實驗數據，對記憶和記憶障礙的神經環路機制進行研究。課題的內容分為兩部分：一是對記憶環路動力學性質的一般性研究，包括其動力學穩定性、信息編碼、儲存、提取和整合的機制；二是針對工作記憶環路，探討其特有的信息處理機制及其受損時所表現的行為和精神分裂症認知障礙的關係。我們希望該課題的完成將最終推動計算精神病學和臨床醫學的結合。
結題摘要
本項目取得三項核心進展：（1）秒量級的時間信息的記憶與存儲。建立神經元網路模型，成功再現局部神經網路對秒量級的時間的編碼和記憶。網路採用放電神經元和電突觸連線，連線具有無標度特徵。動力學機制是:無標度網路包含了若干環和一些高連線度的中心神經元。在環上的神經元依次放電形成周期活動，由於環上的神經元占整個網路神經元的數量很少，在網路水平上並未表現出振盪。中心神經元隨著環上神經元放電，在特定時間點被激活，引起與其連線的大量神經元同時放電，導致網路水平的節律活動。如果環比較長，則節律性活動的間隔時間較長，環比較短，則間隔時間較短。無標度網路包含不同長度的環，不同的環可以通過不輸入激方式激活而選取出不同時間間隔的節律性活動。網路可以實現不足一秒到數十秒時間間隔的節律性活動，或者說網路通過這樣的節律性活動存儲從不足一秒到數十秒的時間信息。這和實驗觀察到斑馬魚視頂蓋區的神經活動的特點一致。（2）工作記憶容量機制。根據額葉皮層神經元在執行空間工作記憶時的活動和皮層神經元構築特點，採用連續吸引子的神經元網路，通過網路分散式活動編碼記憶對象，神經元活動峰保存具有模擬性質的位置或朝向；網路的記憶容量由活動峰的消失和融合決定，而興奮性連線的強度和距離決定活動峰的融合和消失；網路動用大致恆定的資源執行記憶並將資源平均分配到每個記憶對象。同時，該模型預言工作記憶任務中記憶對象的相似性可能改善行為表現，這正是記憶項之間相互作用的後果；而工作記憶中保存的記憶項也可能突然消失，這也反映了工作記憶實驗中全或無現象。模型同時呈現“Discrete-slot”和“Resource-shared”機制所預期的行為特徵。不僅解決了工作記憶容量研究中長期的爭論，還回答了工作記憶容量的神經元機制。（3）耦合的局部環路實現多模態感覺信息整合。採用兩個具有連續吸引子的局部環路分別接受視覺線索和平衡覺線索,各自環路的局部活動峰對這些刺激線索進行編碼並作為視覺線索和平衡線索的局部估計。我們發現局部環路的耦合作用可以實現兩種信息的貝葉斯最佳化整合，其機制是局部環路正相關耦合後活動峰輸入增強導致峰的位置的波動更小，從而得到更好的估計，而這個估計正好符合貝葉斯最佳化估計。此外，還開展了多項研究，包括多選項決策的機制、決策中的速度－準確度替代效應、突觸短時程可塑性對網路動力學的影響、反饋連對信息傳輸的作用、知覺學習中編碼特徵的變化等工作。
